基于连续可见激光直写研制突破衍射极限纳米孔道的实验研究

摘要

本论文主要开展了“远场光学超分辨显微成像综合分析系统”关键技术的攻关，进行了连续激光直写简单微纳复合结构的制备工艺的研究。基于连续激光直写技术制备突破衍射极限限制的纳米孔道的核心思想是利用具有中心暗点的汇聚光斑引发聚合物超低单光子吸收，进而实现了尺寸小于衍射极限的纳米孔道的制备。我们利用自主搭建的532nm连续激光直写系统成功制备出了最小直径可达1/10入射光波长的纳米孔道及其阵列结构。
　　论文首先阐述了“远场光学超分辨显微成像综合分析系统”中圆环光束的调制与两束激光的同轴耦合等关键技术;详细介绍了系统其各个功能模块的构建、集成。其次，讨论了SU-8光刻胶对不同激光辐射的吸收特性及机理，详细描述了SU-8光刻胶样品的制备工艺及流程，模拟计算了聚焦光斑的空间光强分布，并阐述了利用连续激光研制突破衍射极限限制的纳米孔道结构的原理。最后，利用SEM表征了纳米孔道的形貌与尺寸，总结了曝光时间、功率以及显影时间等几个重要因素对纳米孔道尺寸和质量的影响。分析讨论了影响纳米孔道尺寸的入射激光光强与时间参数，以及纳米孔道阵列结构的制备效果等。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 微纳结构制备的技术与方法

1．2．1 激光直写技术

1．2．2 纳米压印光刻技术

1．2．3 聚焦离子束加工技术

1．2．4 蚀刻技术

1．3 利用激光直写技术实现微纳加工的研究现状

1．3．1 飞秒激光双光子聚合微纳制备的进展

1．3．2 连读激光单光子聚合微纳制备的进展

1．4 论文主要内容

第二章 远场光学超分辨显微成像综合分析系统

2．1 远场光学超分辨显微成像综合分析系统的搭建

2．1．1 光学系统模块

2．1．2 快速扫描平台模块

2．1．3 数据快速采集与处理模块

2．1．4 控制系统模块

2．2 光路的快速响应控制

2．3 连续激光空间相位调制技术

2．4 激发光束与消激发光束的同轴耦合

2．5 本章小结

第三章 激光微纳加工制备工艺及原理

3．1 光刻胶

3．2 SU-8负性光刻胶及其光学特性

3．3 实验样品的制备工艺及流程

3．4 数值模拟计算理论

3．5 连续激光直写突破衍射极限限制的纳米孔道的实验原理

3．6 本章小结

第四章 基于连续激光直写研制纳米孔道阵列结构

4．1 基于532nm连续激光制备突破衍射极限限制的纳米孔道阵列结构

4．1．1 曝光功率对纳米孔道特征尺寸的影响

4．1．2 曝光时间对纳米孔道特征尺寸的影响

4．1．3 显影过程对纳米孔道结构的影响

4．1．4 离焦曝光对纳米孔道形貌的影响

4．2 纳米孔道结构及其阵列的表征与分析

4．2．1 纳米孔道结构特征与焦点光强分布之间的关系

4．2．2 聚合阈值与纳米孔道结构之间的关系

4．2．3 大面积一致性可控纳米孔道阵列结构的分析

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的科研成果