近期，中國科學院上海光學精密機械研究所薄膜光學實驗室在優(you) 化飛秒激光多光子聚合（MPP）增材製造加工精度調控研究中取得研究進展。

研究團隊利用對光刻膠中引發劑濃度的調控實現對聚合產(chan) 物極限尺寸的有效控製，揭示了多光子聚合光化學反應過程中的擴散行為(wei) 。相關(guan) 成果發表在《光學材料》(Optical Materials)。

基於(yu) 飛秒激光多光子聚合增材製造技術廣泛應用於(yu) 微機電、微光學、生物結構等領域的3D打印微納結構製造。目前用於(yu) 提升加工精度的主流技術路線是，提升光刻膠中的引發劑吸收截麵以及調控激光焦斑的可聚焦程度，現階段其製造極限分辨率可達10nm量級。

課題組通過解析多光子聚合中的光-物理-化學反應過程，認為(wei) 光刻膠中引發劑濃度與(yu) 聚合反應持續時間有關(guan) ，並將最終影響聚合產(chan) 物的極限尺寸。

研究人員選擇了光引發劑是六氟銻酸鹽小分子，單體(ti) 是雙酚A型環氧樹脂大分子的SU-8光刻膠。

通過烘烤改變光引發劑的濃度，研究光引發劑在光刻膠中擴散行為(wei) 對最終聚合極限尺寸的影響規律。利用長焦距、單次飛秒脈衝(chong) 曝光方法獲得了扁平化聚合物，精確表征了聚合物尺寸，發現當SU-8膠膜的溶劑含量從(cong) ~7%下降到4%時，MPP產(chan) 物的尺寸減小了~40%。

這種聚合尺寸優(you) 化是源於(yu) 溶劑含量減少導致的光致陽離子擴散能力減弱，從(cong) 而使聚合反應被約束在了更小的尺度範圍內(nei) 。

該項研究成果為(wei) 優(you) 化MPP極限加工精度提供了一種新的研究思路，並且證明了在MPP過程中小分子擴散是一種值得關(guan) 注的本征過程，同時也為(wei) 光刻膠優(you) 化選擇和發展國產(chan) 光刻膠提供了認識基礎。

該項研究獲得了國家自然科學基金和中科院戰略性先導科技專(zhuan) 項的支持。

圖1 （a）增加預烘烤時間以降低SU-8中的溶劑含量（b）長焦距、單脈衝(chong) 曝光的扁平化MPP產(chan) 物的正、側(ce) 視圖及其高度信息

圖2 不同溶劑含量/曝光能量密度對應的聚合點尺寸統計（a）（b）（c）（d）分別為(wei) 能量密度為(wei) ~0.72J/cm2時，溶劑含量分別對7.3%、5.1%、4.3%和3.2%的MPP聚合產(chan) 物形貌

在高功率光纖激光橫模主動控製方麵取得新進展

近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率光纖激光技術實驗室在高功率橫向模式可控激光器研究方麵取得進展。研究團隊通過基於(yu) 隨機並行梯度下降算法（SPGD）的主動模式控製的方式，成功實現了1.4 kW量級的LP01和LP11主動模式控製與(yu) 選擇的光纖激光器係統，相關(guan) 研究成果發表於(yu) 近期《光波技術雜誌》（IEEE Journal of Lightwave Technology）。

基於(yu) 大模場摻鐿光纖（LMA-YDF）的高功率光纖激光器具有很好的功率轉換效率和功率穩定性，在許多領域具有重要的研究和應用價(jia) 值。但是，由於(yu) 大模場光纖的V值大於(yu) 2.4，多種橫向模式會(hui) 在光纖中並存。

更為(wei) 嚴(yan) 重的是，由於(yu) 高功率和強泵浦引起的熱效應會(hui) 引起大模場光纖中的橫向模式不穩定（TMI）現象，阻礙激光器功率的進一步提升。如果能通過控製的方式實現大模場光纖中的各種橫向模式單獨激發，不僅(jin) 能對模式不穩定效應進行抑製，而且可以讓一台激光器受控輸出不同的單橫模或橫模組合形式，從(cong) 而滿足於(yu) 特殊應用場景。

在本項工作中，研究人員首先對主放大器的增益光纖進行盤繞限模優(you) 化，增加除LP01和LP11以外的高階模的損耗，實現1.4 kW窄線寬少模激光輸出。然後，以高功率光纖激光器輸出的LP01和LP11模式的強度分布特征為(wei) 基礎，通過探測光斑的中心光強變化作為(wei) 係統的評價(jia) 函數，以區分不同的模式。

利用高速可編程門陣列（FPGA）來實現SPGA算法，產(chan) 生4路反饋控製電壓信號，並將其加載到模式控製器之上。模式控製器中的壓電陶瓷（PZT）對預放光纖產(chan) 生擠壓和應力，改變光纖中各種橫向模式的配比。

當這些模式注入到主放大器，利用放大器的模式競爭(zheng) 特性，實現不同橫模模式的受控功率放大。當SPGD算法收斂到最大值時，激光器輸出LP01模式激光；當SPGD算法收斂到最小值時，激光器輸出LP11模式激光。

通過對紅外相機采集到的光強分布進行模式解構處理，得出兩(liang) 種情況下產(chan) 生的LP01模式的光光效率為(wei) 84.1%，LP11模式的光光效率為(wei) 85.8%以上，兩(liang) 種模式切換的轉換效率大於(yu) 99.5%。

本實驗產(chan) 生的1.4 kW的橫模可控光纖激光，在光鑷技術、原子捕獲、激光微加工等領域有重要的應用價(jia) 值。此外，寬帶寬的主動模式控製係統也對以後開展光纖激光器模式不穩定的研究提供了有利條件。

本研究得到了國家自然科學基金等項目的支持。

圖1 模式可控的光纖激光係統裝置圖

圖2 (a)、(c) SPGD算法最小值和最大值收斂後的紅外相機光場分布；(b)、(d) 模式重構出的光場分布；(e) 各種本征模式占比