在微納制造領(lǐng)域，飛秒激光雙光子聚合技術(shù)憑借其亞波長(zhǎng)加工能力，已成為制備功能性微器件的關(guān)鍵手段。然而，傳統(tǒng)單點(diǎn)掃描策略效率低，例如加工一個(gè)毫米級(jí)的微型花朵陣列需要數(shù)小時(shí)，嚴(yán)重制約了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

現(xiàn)有的并行加工技術(shù)（如多光束干涉、微透鏡陣列）雖能提升速度，但存在焦點(diǎn)位置固定、加工自由度不足的缺陷，僅適用于周期性結(jié)構(gòu)的制備，無法靈活調(diào)控復(fù)雜三維形貌。例如，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，制造“張閉可控"的微執(zhí)行器時(shí)，傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)光場(chǎng)與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的協(xié)同控制，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)功能受限。因此，如何兼顧高精度、高效率與多自由度加工，是該領(lǐng)域亟待突破的瓶頸問題之一。

針對(duì)傳統(tǒng)飛秒激光加工效率低、自由度不足的難題，“動(dòng)態(tài)全息協(xié)同三維位移平臺(tái)"的復(fù)合加工策略，通過三階段技術(shù)突破實(shí)現(xiàn)高效靈活的三維微結(jié)構(gòu)制備，為復(fù)雜微結(jié)構(gòu)的高效制備提供了新范式。

首先，基于液晶空間光調(diào)制器直接生成對(duì)稱艾里光束，并通過實(shí)時(shí)切換旋轉(zhuǎn)全息圖（幀率60 Hz）實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)連續(xù)加工。例如，通過旋轉(zhuǎn)全息圖并控制曝光時(shí)間，僅需1.4 s即可制備出8瓣花朵結(jié)構(gòu)，效率較傳統(tǒng)逐點(diǎn)掃描提升數(shù)十倍（圖1）。光場(chǎng)的動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)不僅補(bǔ)足了加工中的角度自由度，還顯著降低了對(duì)高精度位移臺(tái)的依賴，簡(jiǎn)化了設(shè)備復(fù)雜度。

圖1 動(dòng)態(tài)全息加工示意圖。（a）全息圖旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加工；（b）不同旋轉(zhuǎn)角度下的全息圖；（c）全息圖旋轉(zhuǎn)不同角度時(shí)，物鏡下光場(chǎng)分布的實(shí)測(cè)圖

其次，結(jié)合毛細(xì)力自組裝技術(shù)，通過調(diào)控溶液環(huán)境中的表面張力效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)微花朵的“張開-閉合"功能化行為（圖2）。優(yōu)化激光參數(shù)（輻照強(qiáng)度70 mW，曝光時(shí)間0.7秒）后，顯影液蒸發(fā)時(shí)花瓣受毛細(xì)力牽引閉合，形成包裹能力更強(qiáng)的微執(zhí)行器原型，為藥物遞送和微操作提供了新思路。

圖 2 利用液體控制張閉的微花朵結(jié)構(gòu)。（a）液體中張開的微花朵；（b）溶液蒸干后閉合的微花朵

最后，創(chuàng)新性地將動(dòng)態(tài)全息光場(chǎng)旋轉(zhuǎn)與三維位移臺(tái)的直線或圓周運(yùn)動(dòng)結(jié)合，通過軌跡疊加實(shí)現(xiàn)復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的高效制備（圖3）。例如，光場(chǎng)旋轉(zhuǎn)（角速度ω₀）與平臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)（速度v_x, v_y）的矢量疊加，可快速加工出螺距可調(diào)的微彈簧及多瓣環(huán)形結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)表明，復(fù)合加工技術(shù)可實(shí)現(xiàn)微彈簧結(jié)構(gòu)的高效制備，且結(jié)構(gòu)一致性達(dá)亞微米級(jí)。

圖3 動(dòng)態(tài)全息復(fù)合加工示意圖。 (a)全息圖旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)協(xié)同位移臺(tái)平行運(yùn)動(dòng); （b）不同旋轉(zhuǎn)角度下的全息圖

技術(shù)優(yōu)勢(shì)方面，本工作凸顯三大亮點(diǎn)：一是高效性，動(dòng)態(tài)全息單次曝光替代逐點(diǎn)掃描，將加工速度提升至秒級(jí)；二是靈活性，光場(chǎng)參數(shù)（如二次系數(shù)、旋轉(zhuǎn)角度）與位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)協(xié)同調(diào)控，支持多樣化的三維設(shè)計(jì)；三是低成本，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜光場(chǎng)，減少對(duì)高精度硬件的依賴，顯著降低設(shè)備投入。這些突破為微納制造提供了兼具效率與精度的新方案。

未來研究將聚焦于單次曝光生成任意三維結(jié)構(gòu)的全息算法開發(fā)，結(jié)合深度學(xué)習(xí)優(yōu)化光場(chǎng)設(shè)計(jì)與相位調(diào)控；同時(shí)拓展技術(shù)至生物兼容材料與柔性電子器件制造，開發(fā)可響應(yīng)外界刺激（如溫度、pH值）的智能微結(jié)構(gòu)。

此外，探索動(dòng)態(tài)全息技術(shù)在微機(jī)器人、光學(xué)超表面等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，推動(dòng)微納制造從實(shí)驗(yàn)室向產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)。通過多學(xué)科交叉與技術(shù)創(chuàng)新，進(jìn)一步釋放飛秒激光動(dòng)態(tài)全息加工在精密工程與功能器件中的核心價(jià)值。

參考文獻(xiàn)： 中國(guó)光學(xué)期刊網(wǎng)

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