激光诱导光聚合
2023.11.27

在激光诱导光聚合技术中,激光的作用是激发含有光引发剂的单体或预聚物混合物。光引发剂在吸收激光能量后产生自由基或阳离子,从而触发聚合反应,将液态或半固态的单体转化为固态聚合物。这一过程在材料科学和高分子化学中占有重要地位,因为它能够在无需加热的条件下快速形成固态材料,且能够精确控制聚合物的形成位置和形状。
  使用激光进行光聚合的一个重要优势是能够实现对聚合过程的高度空间和时间控制。这对于精密制造和复杂结构的制备至关重要,因为它允许在微观尺度上精确构造形状和纹理。这种精确控制的能力对于微流体学、生物医学、光子学和微电子学等领域中的应用至关重要。
  激光诱导光聚合技术在立体光刻和三维打印领域中得到了广泛的应用。特别是在制造精密微型结构和复杂的三维模型方面,这种技术展现出了巨大的潜力。立体光刻利用激光光束在光敏材料中逐层硬化,从而构建复杂的三维结构。三维打印则利用类似的原理,通过逐层堆叠材料来制造出复杂的三维对象。


自制MOPA激光系统的输出字符。(a) 振荡器脉冲(粉红色曲线)和拉伸脉冲(蓝色曲线)的光谱。(b) 1030 nm放大功率(红色曲线)和压缩脉冲功率(蓝色曲线)与二极管泵浦功率的函数关系。(c) 输出功率为3.36 W的主放大器的光谱。插图:测量的压缩脉冲(实线)和高斯拟合曲线(虚线)的自相关迹线。(d) 压缩脉冲的功率稳定性

在微流体学领域,激光诱导光聚合用于制造微型流体装置,如微型反应器和分析芯片。这些微型装置能够精确控制流体的流动和混合,对于实验室自动化和生物医学测试具有重要意义。
  在生物医学领域,激光诱导光聚合技术用于制造生物兼容材料和组织工程中的支架。通过这种技术,可以精确控制支架的微观结构,以促进细胞生长和组织再生,这对于再生医学和组织工程来说是至关重要的。
  飞秒激光的应用进一步增强了光聚合技术的能力。飞秒激光器提供的超短脉冲和高峰值功率使其能够在非常小的区域内精确聚焦,实现高分辨率的光聚合。这种精确性对于制造精细微结构和复杂的三维构造至关重要,尤其是在需要高精度和高复杂度的应用中。
飞秒激光的极短脉冲持续时间还有助于限制热量在材料中的扩散,从而减少热影响区域。这对于保持材料的完整性和功能尤为重要,特别是在处理热敏感材料时。
  综上所述,激光诱导光聚合技术因其高度的空间和时间控制能力,在多个领域中发挥着重要作用。特别是在立体光刻、三维打印、微流体学和生物医学领域,这种技术的应用正不断拓展。飞秒激光器的引入进一步提高了光聚合技术的精度和适用性,使其成为现代精密制造和材料科学中不可或缺的工具。随着技术的进步和应用的深入,激光诱导光聚合的潜力将进一步被挖掘和利用。


参考文献:
(1)Hyesu Kim et al. "Femtosecond Laser Induced Surface Treatment of Nanograting for Enhanced Extinction Ratio of Wire-Grid Polarizer in Mid-Wavelength Infrared Range." Optical Interference Coatings Conference (OIC) 2022 (2022). https://doi.org/10.1364/oic.2022.tea.8.
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(3)Jiao Geng et al. "Laser-induced deep-subwavelength periodic nanostructures with large-scale uniformity." Applied Physics Letters (2023). https://doi.org/10.1063/5.0138290.
(4)R. Que et al. "Photoluminescence Creation in CYTOP Optical Fiber by Femtosecond Laser Direct Writing." Optica Advanced Photonics Congress 2022 (2022). https://doi.org/10.1364/bgppm.2022.bm3a.3.
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