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激光微制造

在聚合物中激光写入

柔性波导制造新型医疗设备 a) φ (rad)

0.8
0.6
0.4
文/John Wallace
0.2
0.0
-0.2
2
12
2×10 W/cm 。
透明的光学材料中写入光
在 波导，是一项拥有数十年 新方法不需要光引发剂，光引发 -0.4
-0.6
-0.8
历史的技术，至少对于像 剂通常用于有效吸收激光并将其转化 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10
y (µm)
玻璃和聚合物这样的刚性材料是这 为引发聚合的化学能。“通过不使用 b) Transmittance
样。此外，人们还通过电子束和伽马 光引发剂，我们简化了制造工艺，并 1.0 λ = 650–700 nm
0.9 T = 99.3%
射线将光波导写入到了聚合物中。现 增强了最终设备与活体组织的兼容 0.8
0.7 λ = 600–800 nm
在，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL） 性，”研究团队成员 Ye Pu 说，“这种 0.6 T = 85.1%
0.5
的研究人员，首次在聚二甲基硅氧 增强的生物相容性，可以使这种方法 0.4
0.3
烷（PDMS）中制造了约 1.3μm 宽 用于制造可植入的传感器和装置。”
0.2
0.1
的柔性波导，PDMS 是一种通常用于 为了实现有效约束光的小型光 0.0
400 500 600 700 800 900 1000
生物医学应用的透明硅胶。这种波导 波导，构成波导的材料的折射率与周 Wavelength (nm)
可用于制造基于光的器件，例如生物 围 PDMS 的折射率之间，必须存在很 图1：激光写入柔性波导提取的平均相位轮廓
（a）表明，芯和包层之间的折射率差约为0.06。
医学传感器和内窥镜，它们可能比现 大的差异。研究人员将苯乙炔加载到 研究人员通过测量不同长度波导的传输来获得波
导透射率；对于波长为600~800nm（浅蓝色）、
有的产品更小且更复杂。光波导在 PDMS 中用于波导（通过将 PDMS 浸 570~613nm（橙色）、582~635nm（红色）、
650~700nm 的光谱范围内，其传输损 泡在液体苯乙炔中），因为与过去使 650~700nm（棕色）和780~820nm（黑色）的波
长，给出了1cm长度下不同波长的实验透射率。
耗仅为 0.03dB/cm，这意味着在信号 用的材料相比，苯乙炔一旦聚合就具
发生不可接受的降级之前，基于光的 有更高的折射率。 消除执行血液测试所需的较大的外部
信号可以在新型波导中穿过 10cm 或 光学元件。它们还可以为可穿戴设备
更长。 多光子吸收 提供照明，例如带有显示屏的衬衫。”
研究人员通过优化激光直接写入 聚焦的超快激光脉冲会在材料中 新的柔性波导也可以作为光子印
来制作新的波导，这种微加工方法通 引发多光子吸收。多光子激光直写能 刷电路板的构建模块。研究人员正在
过将光敏化学品与精确定位的聚焦激 比单光子工艺产生更精细的结构，因 努力开发一种控制系统，该系统有助
光聚合，来创建具体的 3D 结构。聚 为每个写入点的聚合体积要小得多。 于避免激光写入过程中的材料损伤，
合反应将称为单体的相对较小的分子 使用多光子激光直写，还允许研究人 进而来提高制造工艺的产量。
转化为较大的链状聚合物。他们使 员在没有光引发剂的情况下，直接引 他们还计划在 PDMS 中创建一
用飞秒钛宝石激光器调谐至 680nm 发苯乙炔聚合。然后通过加热 PDMS， 系列窄波导，可用于构建直径 <1mm
中心波长，并以 80MHz 的重复频率 将任何未聚合的苯乙炔蒸发掉。 的非常灵活的内窥镜。“这种小型、
和 140fs 的脉宽发射脉冲。使用数值 “据我们所知，这是有史以来在 机械灵活的内窥镜，可以对身体中许
孔径（NA）为 0.7 的显微物镜，写 PDMS 中创建的最小的光波导，”Pu 多难以触及的部位进行成像，以便在
入速度在 0.5~1.5mm/s 之间，研究人 说道，“例如，我们的柔性波导可以 诊室进行诊断，或者用于微创手术中
员估计物镜焦点处的峰值强度约为 集成到微流体芯片实验室系统中，以 的监测。” Ye Pu 说。

28 May/ Jun 2019 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界