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超强激光科学卓越创新简报

(第二百六十五期)

2022年4月18日

上海光机所提出优化光刻胶飞秒激光多光子聚合效率新方案

  近期,中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室在提升光刻胶的飞秒激光多光子聚合效率方面取得进展。研究团队通过在光刻胶中引入带有非线性吸收效应的溶剂,有效降低了光刻胶的多光子聚合阈值,拓宽了光刻胶的飞秒激光加工窗口,并能够优化飞秒多光子聚合加工的精度。相关成果以“An easy method to improve efficiency of multi-photon polymerization: Introducing solvents with nonlinear optical absorption into photoresist”为题发表在《光学与激光技术》(Optics and Laser Technology)上。

  飞秒激光加工由于其可以突破光学衍射极限而成为一种重要的微纳结构制造技术,这是基于光刻胶对飞秒激光的多光子吸收(MPA)效应,调控光刻胶聚合阈值是提升飞秒激光加工精度和效率的重要技术途径,其技术核心是调控光刻胶中的光引发剂。研究团队通过解析光刻胶在飞秒激光辐照后的光-物理-化学反应过程,认为光刻胶中溶剂的MPA效应也会影响聚合阈值,提出并实验验证了利用溶剂的非线性吸收效应增强光刻胶体系MPA效应的新方案。

  研究人员选择了三种常用的光引发剂IRG369、ISO和TPO分别混合在不具有MPA的线性溶剂EA和具有MPA的非线性溶剂CPon中,相比于引发剂溶解在线性溶剂中,溶解在非线性溶剂中的MPA阈值降低~23%。研究人员进一步配制了带有聚合单体PETA的光刻胶,利用飞秒激光进行曝光实验,结果显示非线性溶剂配置的光刻胶体系的多光子聚合阈值降低16%。

  该研究成果为优化光刻胶的飞秒激光多光子聚合加工窗口、效率和精度提供了一种新颖且简便的方案,并验证了混合溶液中各成分的非线性吸收存在叠加增强效应,为优化光刻胶性能提供了思路。这种非线性吸收叠加增强也用于优化其它溶剂化的非线性光学技术,如双光子显微技术和双光子荧光成像等。

  该项研究获得了国家自然科学基金和中科院战略性先导科技专项的支持。

  原文链接

图1 (a)光刻胶A和B的MPP聚合点直径统计(b)引发剂TPO分别在非线性溶剂CPon和线性溶剂EA中,以及溶剂CPon自身的MPA强度

图2 光刻胶中引发剂分子和溶剂分子的MPA叠加过程示意图:非线性溶剂的MPA使体系中存在更多的激发态碟子,从而促进了MPA和后续的聚合,降低了MPP阈值

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