漢諾威激光中心
德國漢諾威激光中心
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公司簡介:
LZH積極參與激光技術所有領域的研究、開發、咨詢和培訓。
漢諾威激光中心壹直致力於激光技術領域的研究、開發、咨詢和激光技術培訓。
2.漢諾威eV激光中心的研究方向:雙光子聚合-壹種新的微加工方法。
雙光子光敏材料聚合的三維微加工是壹種非常有效的微制造技術，可以產生100nm甚至更好的制造分辨率！雙光子光敏材料的三維微加工需要近紅外飛秒振蕩器(約800nm)和計算機控制的三維定位系統。為了充分發揮雙光子聚合固有的高分辨率，需要高分辨率、高精度的定位系統，如壓電器件控制的手術臺、掃描振鏡等。然而，壓電裝置在每個方向上只有幾百微米的移動範圍。因此，盡管光學掃描系統可以移動光束，但是它必須通過聚焦裝置的外邊緣偏轉寫入光束，並且這個過程很容易使光束外邊緣的圖像失真，導致能量損失。
三維微結構制造系統
為了克服上述限制，德國漢諾威激光中心(Laser Zentrum Hannover eV)開發了壹種獨立的、可移動的微米和納米尺度的三維制造系統。該系統集成了飛秒激光器、用於快速小面積雕刻的掃描振鏡和電動線性定位系統(Aerotech)。飛秒激光器是奧地利High Q公司的SESAM鎖模鈦寶石飛秒激光器，平均功率200mW，波長800nm，脈寬小於100fs，重復頻率73MHz。定位系統有三個軸，每個軸的行程為10cm。3D系統還有壹個旋轉軸，可以加工彎曲的圓柱形結構。3D飛秒微結構制造系統已經商業化！
雙光子聚合微加工有X-Y二維掃描振鏡，通過高數值孔徑的油浸使光束偏轉，將飛秒激光聚焦在感光材料或樹脂上(如圖3)。掃描振鏡安裝在長行程X-Y定位系統上。設備配有CCD攝像頭，方便實時監控。樣品被放置在二維平移臺上。
通過用掃描檢流計和平移臺在三維方向上移動束腰，可以在樹脂內部形成復雜的三維結構。基於掃描振鏡的寫入精度為100nm，而定位系統的精度高於400nm。
負性光刻膠和正性光刻膠是兩種可以通過雙光子聚合進行加工的感光材料。當使用負性光刻膠時，雙光子曝光會導致聚合物鏈的交聯，從而可以去除未曝光的區域。使用正性光刻膠時，曝光會造成鏈斷裂，產生可以溶解去除的小單元。大部分孔隙結構可以通過從樣品中去除少量碎片來實現。在這方面，正性光刻膠更有效。
負性光刻材料可分為固體和液體。如圖4所示，固體負性光致抗蝕劑是環氧基陽離子活化材料。陽離子活化系統(如商業SU8光致抗蝕劑)與光束相互作用產生酸。在這種情況下，聚合不會在激光照射期間發生，而是在曝光後的烘烤期間發生。這是陽離子活性光刻膠的壹個非常重要的特性，因為曝光區域和未曝光區域的折射率差異非常小，甚至可以忽略不計。這使得將直接激光寫入與全息曝光技術相結合成為可能。
除了有機陶瓷，液體材料基本都是丙烯基的，光束作用過程中的聚合反應都是由光引發劑引發的。這樣，可以實時監控反應的進程。
光子學應用
由於這些光學特性，這些聚合物光敏材料可以用於制造微光學元件和器件，例如微棱鏡陣列和衍射光學元件。
亞波長尺寸的更小型化的光學元件需要更新的技術。在所謂的“光路”中，利用以金屬為信息載體表示的表面等離子體基因極化來改變物種是手段之壹。(參見“納米光子指示細胞質基因”，光子光譜，2006，1+0)。表面等離子體基因極化是金屬和絕緣體之間的電磁激發擴散。他沿著金屬波導在絕緣體的表面上。這些通過雙光子聚合得到的微結構已經在金表面成功實現。
雙光子聚合技術發展迅速，已成功應用於三維光子晶體和光子晶體模板的微加工。特別地，它允許基層上的任何缺陷，這對於實際應用是非常重要的。光子晶體是在空間中具有交替絕緣常數的周期性結構。
在這種微結構中，排除了特定光學頻率(帶隙)的光學增殖。如果絕緣常數在所有方向上周期性變化，微結構就是三維光子晶體。根據這種拓撲關系和相應的絕緣常數關系，可以設置光子晶體的光學特性。自從Eli Yablonoviteh和Sajeev John在1987年提出三維光子晶體的概念以來，光子成為了當今持續的研究熱點。但是，要制造出可見光範圍的全三維光子晶體，仍然是壹個挑戰！
全光子光子帶隙光子晶體需要了解三維高折射率材料的微結構。最吸引人的方法是用高折射率材料滲透模板，然後取出。使用負性最大的光刻膠制作模板更加困難，因為這種微結構非常穩定，很難溶解在那些材料中。圖7是由SU8制成的光子晶體模板的例子。在使用正性光刻膠的情況下，這種高分子材料是弱溶性的，是制作三維模板的好地方。上圖是S1813光刻膠制作的光子晶體模板的掃描電鏡圖像。
另壹種制作光子晶體的方法是使用大比例的無機/有機混合光敏材料，如圖7所示。通過這種方式，可以在不復制模板的情況下制作三維無機微結構！通過對無機/有機多組分材料進行適當的熱處理，可以直接從激光制作的三維微結構中去除有機組分，留下無機組分。這樣，雙光子聚合技術(或者更廣義地說，雙光子激活處理)和熱後處理技術可以用來制作三維光子晶體微結構。
雙光子聚合技術在生物領域有著廣闊的應用前景，包括組織工程、藥物導入、藥物註射和醫學傳感等。在組織工程方面，可以制作三維微結構手術臺，顯微手術臺需要熟練控制與機體組織結合的活動組織，這是壹項具有挑戰性的工作！結合合適的材料，雙光子聚合可以精確控制三維微手術臺，可以模擬生成細胞微環境，如圖8所示。更重要的是，這種高分辨率技術可以控制整個顯微手術臺中的細胞組織，甚至細胞間的相互作用。另壹個優點是高強度的近紅外激光雙光子聚合技術對細胞沒有傷害，因此也可以應用於控制和包裝細胞。
Ormocer是生物醫學應用中最有趣的材料。最近研究了聚合物的生物相容性，結果表明細胞對這種材料有很好的吸附性，生長速度與生物活性材料相當。
微針
雙光子聚合還可用於制造復雜的藥物註射設備，如微針等裝置。微針技術可以克服與傳統註射方法相關的許多缺點，例如無痛註射和避免註射部位的身體損傷。
而且雙光子聚合物的柔性完全改變了針頭的設計，其結構特征如圖9所示。微針註射技術仍在進壹步研究過程中。
3.激光產業發展現狀
在歐洲，德國的激光產業發展最快，特別是在激光材料加工方面處於世界領先地位。
1986年，德國提出了1987- 1992“激光研究與激光技術”的BMFT資助計劃。這五年間實際投入2.62億馬克，經費重點及分配為:激光及元器件36%，應用技術及系統集成48.9%，激光測量及激光分析65438。也就是說，約72%的經費用於激光材料加工(光源、元器件、系統和方法)課題。
科研組(FHG、MPG、GFE)下屬6個科研院所，9個大型激光中心，30個大學科研院所科研組，約900名研究人員參加。這壹時期著名的研究機構和中心有:弗勞恩霍夫激光技術研究所、柏林固體激光研究所、漢諾威激光中心、斯圖加特光束應用研究中心等。
據德國機械制造協會-激光材料加工聯盟1994統計，材料加工共生產光源(CO2和YAG激光器)1364套，產值165百萬馬克，比1993增長13%；激光設備的數量增加了39%。特別是YAG激光器，壹種用於標記和牙科的低功率激光器，具有不成比例的增長率。因此，德國在加工技術上使用的激光比以往任何時期都要高。德國公司(主要是Rofin-sinar激光公司、Trumpf激光技術公司、Haas固態激光公司、Lambda Physik公司等。)幾乎占世界市場的40%，處於領先地位。同時，我們還簽訂了1544激光器的訂購合同，價值177萬馬克。
1994激光系統營業額也大幅增長，已完成860套系統的生產，價值2.35億馬克，增長率51%，銷售額增長率17%。同時簽訂了937個價值2.49億德國馬克的系統合同(機組數增長58%，產值增長18%)，接近預測產量1995。激光光源方面，CO2占42%，Nd:YAG占35%。激光系統方面，CO2激光加工系統占56%，YAG激光加工系統占40%，CO2激光加工系統Trumpf公司自營，Rofin-Sinar公司與Grisham公司合作，組成Lascontur系列激光加工機。出口的增長表明德國企業在世界上具有很強的競爭力，德國激光產業仍處於上升趨勢。
在完成1987-1992 BMFT“激光研究與激光技術”資助計劃後，德國在1993提出了“激光2000”新的資助計劃。
戰略目標是:
*創建21世紀激光技術領域的科技基礎。
支持激光技術創新，保持和加強激光生產和激光產業應用的國際競爭力。
*消除激光應用的科技障礙。激光研究和激光技術的未來重點:
*新壹代激光器的基本關鍵主題是:
高功率二極管激光器
二極管泵浦固體激光器
高功率氣體激光器的新機制。
*精密加工的關鍵主題是:
激光法的評價
激光誘導生產方法
紫外激光光子技術
*為新的應用領域打開基礎。
激光光學測量和檢測方法
非線性光學、激光生物動力學和微處理(涉及分子和原子範圍)
產品的激光光學測量和檢測及環保技術
*激光醫學的關鍵主題是:
醫療技術中的新激光方案
光學層析成像
資助計劃起止時間:1993-1997資助金額:2.75億馬克。為了推廣激光加工技術，德國除了9個國家激光中心外，還建立了大量的激光加工站。同時在大中小企業積極建立激光加工生產線，如大眾工廠的齒輪激光加工生產線；奔馳汽車工廠有18個車間，其中8個車間配有激光加工生產線；蒂森鋼鐵公司的汽車地板激光拼焊生產線；西門子建立了繞線引線激光點焊生產線、接觸器鐵芯和電樞激光焊接生產線、集成電路激光微調生產線和半導體矽片激光制絨和退火生產線。在“激光2000”中，特別提出在1994-95年度，每年提供500萬馬克(25個項目)，對已批準激光加工技術項目的中小工廠，每個項目補貼20萬馬克。
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