【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超精密激光直写与超分辨显微成像领域，具体地，涉及一种基于双光子与受激辐射损耗效应的超分辨激光直写与成像方法和装置。
技术介绍
1、随着飞秒激光器的专利技术，材料中的非线性特性被相继发现并得以利用。近年来，基于飞秒脉冲激光引发的光与物质的非线性相互作用的微纳结构加工取得了长足进步，并在科学、技术以及各产业中展现光明的前景。在激光直写中，相比于传统的单光子吸收引发的聚合作用，利用材料的双光子或多光子特性，可以将刻写分辨率提升至亚百纳米量级，并使其具有任意三维结构的加工能力。然而欲突破亚五十纳米量级的刻写分辨率，仅利用双光子效应还不足以实现。近年来，受到sted超分辨显微成像的启发，在所配备的光刻胶中加入某种光引发剂，如detc，itx等，并在刻写激发光边缘再引入另一束光作为抑制光，消除光刻胶边缘由双光子激发光所引发的聚合效应，可以将分辨率进一步提升至亚五十纳米，并有效减小刻写的临界效应。
2、为了对刻写的高精度结构进行表征，传统的方法通常是对刻写结构进行显影后，然后喷金，再用电子显微镜或者原子力显微镜进行观测。但是由于电镜成像速度慢，环境要求高，且成本高昂。此外，在光刻胶材料中加入特定染料进行标记实现光学超分辨成像亦有报道，但是加入染料难免对光刻胶本身的化学特性产生不可测度的影响，进而影响刻写质量。为了解决上述问题，本专利技术仅利用光刻胶中所加入的用于引发刻写聚合的光引发剂的荧光发光特性，特别的，利用其双光子吸收特性以及受激辐射损耗特性，通过横向和轴向光斑调控损耗结构边缘的发光情况，可以实现横向与轴向的三维
技术实现思路
1、本专利技术的目的在针对现有技术的不足，也是对现有技术的一项扩充，提供了一种基于双光子与受激辐射损耗效应的超分辨激光直写与成像方法和装置。
2、本专利技术利用光刻胶中引发剂的双光子与受激损耗效应，可以同时实现两种功能：其一，引发光刻胶产生双光子聚合，并在激发光边缘引入一束空心抑制光，抑制边缘聚合，从而实现高精度微纳结构的超分辨激光直写；同时无需在光刻胶中额外掺杂染料，而是利用引发剂本身的荧光发光特性，在激发光产生双光子激发的边缘，引入一束空心损耗光，损耗边缘双光子激发所产生的荧光，从而实现刻写结构的超分辨显微成像表征。本专利技术用于引发光刻胶产生双光子聚合的激发光和抑制其聚合的抑制光与用于成像中产生双光子激发的激发光与损耗其发光的损耗光可以分别为相同的光束，因此可在一个光学系统中同时实现高精度刻写与超分辨成像，通过刻写与成像的激发光和损耗光光路进行复用，可有效简化系统复杂性。
3、本专利技术的的第一个方面涉及基于双光子与受激辐射损耗效应的超分辨激光直写与成像方法，包括如下步骤：
4、（1）制备光刻胶：在光刻胶单体中加入光引发剂；
5、（2）基于双光子与受激辐射损耗效应的激光直写：将两束激光经过物镜聚焦在光刻胶上，其中一束为激发光，形成实心光斑，引发光刻胶产生双光子聚合，另一束为抑制光，形成空心光斑，抑制光刻胶聚合，通过将激发实心光光斑与抑制空心光斑中心重合，可实现高精度微纳结构的超分辨激光直写；
6、（3）显影：将刻写完的结构进行显影并风干操作；
7、（4）基于双光子与受激辐射损耗效应的双光子sted超分辨显微成像：将所述风干的刻写结构放回到样品台上，将两束激光经过物镜聚焦在样品上，一束为激发光，形成实心光斑，激发引发剂产生双光子效应发出荧光，另一束为损耗光，形成空心光斑，损耗结构边缘所产生的荧光，通过将激发光与损耗光中心重合，可以实现刻写结构的双光子sted超分辨显微成像；
8、作为优选的，所述刻写过程可以采用两种模式：激发光和抑制光经过物镜、油、基底，再汇聚到滴在基底上的光刻胶上进行刻写，或将经过物镜直接汇聚到物镜上方与基底之间的光刻胶上进行刻写；
9、作为优选的，所述成像过程可以采用两种模式：激发光和损耗光经过物镜、油、基底，汇聚到基底上表面的刻写结构进行双光子sted成像，或经过物镜、油、基底，汇聚浸没在基底下表面的刻写结构进行双光子sted成像；
10、作为优选的，引发剂可以为7-二乙基氨-3-（2-噻吩基）香豆素（detc）等发光效率较高的材料；
11、作为优选的，所述detc占比光刻胶材料单体与detc的混合物总重量的比例为1%。
12、本专利技术的第二个方面涉及实施本专利技术的一种基于双光子与受激损耗效应的激光直写与成像方法的装置，包括用于引发光刻胶产生双光子聚合的激发光路；用于抑制光刻胶聚合的抑制光路；刻写的激发光路与抑制光路的合束光路；用于对刻写结构中引发剂进行双光子激发产生荧光的激发光路；用于损耗引发剂产生荧光的损耗光路；成像的激发光路和损耗光路的合束光路；荧光成像探测光路；对刻写结构进行双光子sted超分辨显微成像的高精度压电三维位移台；用于双光子sted超分辨显微成像的激发光路和损耗光路；
13、所述引发光刻胶产生双光子聚合的激发光路依次设置有第一激光器、脉冲预压缩模块、第一声光调制器、第一物镜、第一针孔、第一透镜、第一二分之一波片；
14、所述抑制光刻胶产生双光子聚合的抑制光路依次设置有第二激光器、第二声光调制器、第二物镜、第二针孔、第二透镜、第一反射镜、第二二分之一波片；
15、所述刻写激发光和抑制光的合束光路依次设置有偏振分束镜、第三二分之一波片、空间光调制器、第四二分之一波片、四分之一波片、二向色镜、扫描振镜、扫描透镜、第二反射镜、场镜、第三物镜、高精度压电三维位移台、样品架、基底、含引发剂的光刻胶样品；
16、所述成像的激发光光路和损耗光光路与刻写的激发光路和抑制光路分别为同一光路；
17、所述成像的激发光路和损耗光路的合束光路与刻写的激发光光路和抑制光路的合束光路为同一光路；
18、所述荧光成像探测光路依次设置有刻写样品、基底、样品架、高精度压电三维位移台、第三物镜、场镜、第二反射镜、扫描透镜、扫描振镜、二向色镜、第三反射镜、滤光片、第三透镜、多模光纤、雪崩二极管光电探测器；
19、还包括计算机，连接有第一声光调制器、第二声光调制器、空间光调制器、扫描振镜、高精度压电三维位移台以及雪崩二极管光电探测器；
20、第一激光器发出的激光作为引发光刻胶产生双光子聚合的激发光，所述激发光经过色散预补偿模块，用于压缩飞秒激光脉冲，以补偿后续光学元件对飞秒激光脉冲的色散展宽，所述补偿色散后的激光再经过第一声光调制器对其进行强度与开关控制，然后经过第一物镜进行汇聚，再经过第一针孔进行空间滤波，滤除前序光学元件对光斑质量造成的影响，所述第一针孔位于第一物镜焦面处，所述滤波后的光束再经过第一透镜进行准直并扩束，以保证其扩束后光束直径能充满最后油浸的第三物镜的入瞳，所述扩束激光再经过第一二分之一波片，以调整其线偏振方向为垂直偏振；
21、第二激光器发出的激光作为抑制光刻胶聚合的抑制光，所述抑制光经过第二声光调制器对其进行强度与开关控制，然后本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于双光子与受激辐射损耗效应的超分辨激光直写与成像方法，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于双光子与受激辐射损耗效应的超分辨激光直写与成像方法，其特征在于：所述刻写过程采用模式：激发光和抑制光经过物镜、油、基底，再汇聚到滴在基底上的光刻胶上进行刻写，或将经过物镜直接汇聚到物镜上方与基底之间的光刻胶上进行刻写。
3.如权利要求1所述的基于双光子与受激辐射损耗效应的超分辨激光直写与成像方法，其特征在于：所述成像过程采用模式：激发光和损耗光经过物镜、油、基底，汇聚到基底上表面的刻写结构进行双光子STED成像，或经过物镜、油、基底，汇聚浸没在基底下表面的刻写结构进行双光子STED成像。
4.如权利要求1所述的基于双光子与受激辐射损耗效应的超分辨激光直写与成像方法，其特征在于：引发剂为7-二乙基氨-3-（2-噻吩基）香豆素DETC。
5.如权利要求1所述的基于双光子与受激辐射损耗效应的超分辨激光直写与成像方法，其特征在于：DETC占比光刻胶材料单体与DETC的混合物总重量的比例为1%。
6.实施权利要求1所述的基于双光子
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：第一激光器（1）为飞秒激光器，波长在500nm-800nm之间；
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于：扫描振镜（21）、扫描透镜（22）、场镜（24）以及第三物镜（25）入瞳处形成4f系统。
9.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述基底（26）为盖玻片、石英、蓝宝石透明材质，或硅片非透明材质。
10.利用权利要求6-9之一的装置进行超分辨激光直写与成像的方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.基于双光子与受激辐射损耗效应的超分辨激光直写与成像方法，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于双光子与受激辐射损耗效应的超分辨激光直写与成像方法，其特征在于：所述刻写过程采用模式：激发光和抑制光经过物镜、油、基底，再汇聚到滴在基底上的光刻胶上进行刻写，或将经过物镜直接汇聚到物镜上方与基底之间的光刻胶上进行刻写。
3.如权利要求1所述的基于双光子与受激辐射损耗效应的超分辨激光直写与成像方法，其特征在于：所述成像过程采用模式：激发光和损耗光经过物镜、油、基底，汇聚到基底上表面的刻写结构进行双光子sted成像，或经过物镜、油、基底，汇聚浸没在基底下表面的刻写结构进行双光子sted成像。
4.如权利要求1所述的基于双光子与受激辐射损耗效应的超分辨激光直写与成像方法，其特征在于：引发剂为7-二乙基氨-3-（2-噻吩基）香豆素detc。
5.如权利要求1所述的基于双光子与受激辐射损耗效应的超分辨激光直写与成像方法，其特征在于：detc占比...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐良，刘秋兰，张嘉晨，杨臻垚，匡翠方，刘旭，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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