基于数字光处理技术的实时显微成像补偿微纳加工系统的制作方法

本发明属于光学微纳米结构制备，涉及一种微纳加工系统，具体涉及一种基于数字光处理技术的具有实现显微成像补偿的微纳加工系统。

背景技术：

1、随着微纳光学的发展，微纳光子器件逐步趋向小型化、结构多样化以及高度集成化。如何进一步提高微纳结构的制备一直是一个难题。目前呈现出众多的微纳光子器件制备技术，例如，基于微镜阵列结构的单光子聚合技术、电子束光刻技术以及其他先进的制备技术。其中，电子束光刻技术具有极高的精度，但是加工耗时且成本高；基于微镜阵列结构的单光子聚合技术，通过软件控制实现层层制备，该方法加工速度快且具有微米级的精度。通过优化控制及光敏聚合物参数的改进，目前单光子聚合用于微纳加工已成功实现了纳米尺度的分辨率。然而，现有的制备工艺良品率低，难以精准控制器件的成型质量，这严重制约了系统加工高性能光学器件的性能。

技术实现思路

1、为了解决现有加工技术存在的成品质量难以控制的难题，本发明提供了一种基于数字光处理技术的实时显微成像补偿微纳加工系统。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种基于数字光处理技术的实时显微成像补偿微纳加工系统，包括数字光处理光路系统和显微成像反馈补偿系统，其中：

4、所述数字光处理光路系统包括紫外单波长光学结构、显微镜物镜、基底支架和具有氧气穿透膜的基底液体容器池，其中：基底支架位于基底液体容器池下方用于支撑固定基底液体容器池；基底液体容器池用于盛放光敏聚合物，氧气穿透膜包裹在基底液体容器池的底面；紫外单波长光学结构用于提供一个单波长的紫外光以在光敏聚合物中引发单光子聚合过程；显微镜物镜用于将紫外光聚焦在光敏聚合物上；基底支架包括三维位移控制器和角度平台，三维移动控制台包括x轴位移控制器、y轴位移控制器和z轴位移控制器，在制备三维结构之前，z轴位移控制器用于调整显微镜物镜的位置寻找光敏聚合物和氧气穿透膜的界面，在制备三维结构的过程中，对于较小的三维物体结构，z轴位移控制器用于控制打印样品基底的高度；对于超过显微镜物镜孔径的三维结构而言，x轴位移控制器和y轴位移控制器用于调整三维结构制备的位置；角度位移器用于校正样品基底的位置以及调整三维结构制备的结构位置；

5、所述紫外单波长光学结构包括dmd光机，所述dmd光机包括dmd芯片和波长为390纳米的紫外光光源，主要用于生成单光子聚合系统中层层制备的二维结构模型图；

6、所述显微成像反馈补偿系统包括探测器、处理器和连接到处理器的计算机；

7、所述紫外光光源产生一个波长为390纳米的紫外光，紫外光经过计算机处理后生成二维结构模型图，二维结构模型图输入到dmd芯片中，dmd芯片输出的二维结构光斑通过光学组件引导到显微镜物镜上，显微镜物镜将二维结构光斑聚焦到光敏聚合物中引发单光子聚合，探测器对当前打印层进行成像并与三维结构模型对比评价后将单光子聚合模型数据反馈至处理器，处理器对紫外单波长光学结构和三维位移控制器进行控制操作，计算机根据处理器接收到的单光子聚合模型数据执行计算机程序得到的一系列图像图案以及分层信息；所述控制操作包括通过紫外单波长光学结构以一个单波长的紫外光照射光敏聚合物，通过单光子聚合再次在已有层基础上曝光补偿，完成后控制z轴位置，并且重复步骤，直到三维物体制造完成；所述计算机程序指令包括：将三维结构模型的cad文件分割成一个数据组，包含表示三维物体特征数据，沿着三维物体的z轴对数据组切片提供第一组数据层，将第一组的每一层转换为图像数据，从而提供包含所有图像数据和相关层值的单光子聚合数据，将单光子聚合物数据输出至dmd光机中。

8、相比于现有技术，本发明具有如下优点：

9、本发明能够解决光源及光路系统引入的光斑均匀度差等问题，极大地提高打印结构层的均匀性，大幅度提高三维物体的良品率及样品打印质量。

技术特征：

1.一种基于数字光处理技术的实时显微成像补偿微纳加工系统，其特征在于所述加工系统包括数字光处理光路系统和显微成像反馈补偿系统，其中：

2.根据权利要求1所述的基于数字光处理技术的实时显微成像补偿微纳加工系统，其特征在于所述控制操作包括通过紫外单波长光学结构以一个单波长的紫外光照射光敏聚合物，通过单光子聚合再次在已有层基础上曝光补偿，完成后控制z轴位置，并且重复步骤，直到三维物体制造完成。

3.根据权利要求1所述的基于数字光处理技术的实时显微成像补偿微纳加工系统，其特征在于所述计算机程序指令包括：将三维结构模型的cad文件分割成一个数据组，包含表示三维物体特征数据，沿着三维物体的z轴对数据组切片提供第一组数据层，将第一组的每一层转换为图像数据，从而提供包含所有图像数据和相关层值的单光子聚合数据，将单光子聚合数据输出至dmd光机中。

4.根据权利要求1所述的基于数字光处理技术的实时显微成像补偿微纳加工系统，其特征在于所述样品基底为透明玻璃片或显微镜载玻片。

5.根据权利要求1所述的基于数字光处理技术的实时显微成像补偿微纳加工系统，其特征在于所述光敏聚合物包括负性光敏聚合物材料、正性光敏聚合物材料、玻璃、陶瓷、金属、半导体颗粒、纳米粒子中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的基于数字光处理技术的实时显微成像补偿微纳加工系统，其特征在于所述数字光处理光路系统还包括有安装在显微镜物镜上的z轴载物台，用于沿z轴对准。

7.一种使用权利要求1-6任一项所述实时显微成像补偿微纳加工系统制造三维物体的方法，所述方法包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的使用实时显微成像补偿微纳加工系统制造三维物体的方法，其特征在于所述三维物体为聚合物光子传感器、光流体传感器、微流控传感器、聚合物生物传感器、生物医学器件、集成光学电路、有源/功能激光器。

技术总结
本发明公开了一种基于数字光处理技术的实时显微成像补偿微纳加工系统，所述加工系统包括数字光处理光路系统和显微成像反馈补偿系统，其中：所述数字光处理光路系统包括紫外单波长光学结构、显微镜物镜、基底支架和具有氧气穿透膜的基底液体容器池，所述基底支架包括三维位移控制器和角度平台，所述紫外单波长光学结构包括DMD光机，所述DMD光机包括DMD芯片和紫外光光源，所述显微成像反馈补偿系统包括探测器、处理器和连接到处理器的计算机。本发明能够解决光源及光路系统引入的光斑均匀度差等问题，极大地提高打印结构层的均匀性，大幅度提高三维物体的良品率及样品打印质量。

技术研发人员：魏鹤鸣,王金柱
受保护的技术使用者：苏州泉铭克光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23