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双光子聚合(Two-Photon Polymerization, TPP)通常使用飞秒激光器作为光源。这种类型的激光器具有以下几个关键特性:
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短脉冲宽度:飞秒激光器产生的脉冲宽度极短,通常在几十至几百飞秒(fs)范围内。这样的脉冲宽度可以确保在焦点处达到非常高的瞬时功率密度,这对于双光子吸收来说至关重要。
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高重复频率:为了保证足够的激发概率和成像速度,飞秒激光器通常会以较高的重复频率工作,如50-100 MHz,这有助于在短时间内产生大量的脉冲,从而实现高效的双光子聚合。
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可调谐波长:双光子聚合通常使用近红外波段的激光,这是因为近红外光的组织穿透能力较强,同时可以减少对样品的光毒性。常见的波长范围大约在680-1080纳米之间,有些情况下也会使用1550纳米左右的波长。
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平均功率适中:为了保护生物样本并避免热效应,飞秒激光器的平均功率需要适中,既能保证足够的双光子激发,又不会对样本造成伤害。
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锁模机制:为了产生超短脉冲,飞秒激光器通常采用锁模技术。这种技术能够稳定地产生一系列非常短的脉冲序列。
常见的飞秒激光器类型包括:
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钛宝石激光器:这是最常用的飞秒激光器之一,因其宽广的波长调谐范围(约680-1080纳米)而受到青睐。例如,Coherent公司的Chameleon系列激光器就是广泛用于双光子聚合的钛宝石激光器之一。
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光纤激光器:近年来,光纤激光器也在双光子聚合领域得到了广泛应用,特别是在需要较高平均功率和良好稳定性的场合。光纤激光器的优点还包括紧凑的设计、低维护和高可靠性。
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其他类型的激光器:除了上述两种之外,还有其他类型的激光器被用于双光子聚合,比如一些特定设计的固态激光器或半导体激光器等。
例如,暨南大学的研究者们使用了多波长飞秒激光器来进行双光子聚合。这种激光器可以提供多个波长的选择,从而适用于不同的聚合材料和应用需求。
另外,美国普渡大学科学家开发了一种新型双光子聚合技术,通过巧妙地结合两个激光器来降低所需的飞秒激光功率,从而降低成本的同时保持高分辨率3D打印的能力。
综上所述,飞秒激光器是双光子聚合技术中不可或缺的一部分,尤其是那些能够提供短脉冲、高重复频率、可调谐波长和适中平均功率的激光器。