**摘自《高能束處理技術與應用》。
印度馬德拉斯理工學院的研究人員在國際期刊《光學與雷射技術》上發表了一篇文章：Near-Infrared FemtoSecond Laser Direct Writing of Microchannel and Controlled Surface Wettability。
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**閱讀指南
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）是最有前途的微流控材料之一，因為它具有光學透明度、化學惰性和低成本製造方法的固有特性。 PMMA屬於一類熱塑性高分子材料，已廣泛應用於DNA分析、毛細管電泳、微反應器的微流控組分等領域。 最近，雷射直寫已成為製造微流體部件最有前途的技術之一，因為雷射源種類繁多，加工步驟簡單，並且沒有與物理工具相關的問題，例如工具破碎和振動。
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概述
飛秒雷射在聚甲基丙烯酸甲酯微通道製備中的應用已在許多文獻中得到證實和報道，以及通過誘導化學官能團變化來改變潤濕性的研究。 然而，關於飛秒雷射在不進行顯著化學改性的情況下改善表面潤濕性的研究尚未報道。 本文利用焦光束直徑以下產生的表面形貌，通過調整親水態和疏水態的潤濕行為，報道了飛秒摻鐿光纖在近紅外波長（1030 nm）範圍內的消融。 第一部分重點介紹近紅外飛秒雷射燒蝕技術，以獲得焦點直徑以下的微腔和微通道。 後一部分涉及雷射表面改性以獲得親水性和疏水性表面。 在雷射能量為 40 J 時，最大水接觸角為 129在05°時，脈衝雷射的重疊率為96%，獲得了高度的疏水性。 使用40 j的雷射脈衝能量和0%的脈衝重疊，也可以實現56最小水接觸角為35°。 報告的工作避免了對表面進行化學改性以控制潤濕性。
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解析
圖1（a）實驗裝置示意圖，（b）微通道直接雷射寫入的脈衝重疊策略，以及（c）雷射光柵掃瞄的潤濕性和表面化學表徵。
圖 2 顯示了在 12 J 雷射能量下記錄的單脈衝雷射燒蝕腔的 3D 剖面和 2D 線掃瞄。 可以看出，對於單脈衝（圖3b）和1000脈衝照射（圖3d），雷射誘導的校正直徑分別約為4%4 m 和 43 m。
圖2使用 12 J 能量的消融部位的 3D 影象，具有 AFM 和非接觸式輪廓，使用單脈衝和 1000 脈衝照射和線掃瞄輪廓。
圖3雷射照射的不同環形區域的示意圖。
從圖4中可以看出，燒蝕直徑隨著雷射脈衝數（沿行）和雷射能量（沿行）的增加而增加。 此外，可以觀察到消融被可見的白色表面修飾區域包圍。 該區域是缺陷積累的標誌，最終被更多的後續雷射脈衝消融。 圖 4 中明顯缺陷的白色周邊堆積區域在 24 J 的高能量下比 16 J 的低能量要小。
圖4雷射能量為 16 J 和 24 J 的消融部位的 SEM 影象，使用 50 脈衝脈衝照射。
圖 5 顯示了雷射處理微通道的微觀俯檢視和非接觸式輪廓儀 3D 影象，掃瞄速度為 40 J，掃瞄速度為 30 J，掃瞄速度為 30 mm。 從 3D 輪廓圖中可以看出，微通道的深度與色標的深度為 484μm。
圖5（a） 顯微俯檢視和 （b） 非接觸式輪廓儀記錄的雷射直寫微通道的 3D 影象，雷射能量為 40 J，雷射掃瞄次數為 30 次，掃瞄速度為 1 mm s。
從圖6中寬度標籤的測量中可以清楚地看出，儘管微通道寬度增加（沿色譜柱），但隨著雷射掃瞄次數的增加，微通道寬度表現出更大的均勻性和一致性。 此外，隨著掃瞄次數的增加，微通道側壁顯示出更好的平滑度。 從圖6中也可以觀察到，隨著掃瞄速度從1 mm s增加到5 mm s（沿線），通道寬度減小。 然而，沿通道的長度存在部分燒蝕的不規則微奈米結構。 這是因為雷射器沒有足夠的時間與PMMA材料相互作用並燒蝕其路徑中的完整材料。
圖6在5000倍放大倍率下，在40 J能量下，在不同的雷射掃瞄和速度下製備的微通道的SEM影象。
圖7在40 J的雷射能量下，不同脈衝重疊（a）19%（b%c）、70%和（d）96%重疊的圖案表面的顯微影象。
從圖8中可以明顯看出，雷射掃瞄樣品的潤濕性表現出潤濕性的變化，包括低親水性和高疏水性。 未經處理的母體樣品的水接觸角為7467，表示它是親水的。 在雷射照射下，地表水接觸角範圍為 56約35的最小接觸角變為12905 高接觸角。
圖8具有重疊脈衝的水接觸角以及具有不同脈衝的 10 和 40 J 的雷射能量。
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總結
在本文中，對微觀特徵（包括低於焦徑的微腔和微通道）進行了雷射製造。 本研究成功地證明了近紅外飛秒雷射在獲得潤濕和非潤濕表面方面的應用，表面化學變化可以忽略不計。 通過實驗研究獲得不同的潤濕性行為，了解雷射加工PMMA樣品的燒蝕閾值、腰圍直徑、形貌、表面化學和潤濕性。 這項研究開闢了雷射系統在焦點下加工元件的能力，而不會產生具有較小焦距尺寸的額外短焦距鏡頭的成本。 此外，這項工作的額外優點是傳統的化學處理技術，需要多個步驟才能獲得不同的潤濕性狀態。
基於這項工作，可以得出以下結論。
1.焦徑 光束腰部以下微通道的寬度可以直接用飛秒雷射寫入。 在這項工作中，在 30 J、5 mm s 的雷射能量和單次雷射掃瞄下製備了最小寬度為 13 m 的微通道。
2.在近紅外波長下對PMMA進行飛秒雷射照射不會產生任何顯著的表面化學變化。 因此，參與雷射加工PMMA表面潤濕性行為的表面化學成分可以忽略不計。 然而，它可以通過引入不同的紋理表面來產生不同的潤濕性行為。
3.該研究能夠改變具有高度疏水特性的表面，因為以 96% 的脈衝雷射重疊率和 40 J 的雷射能量記錄了 129 個表面05 最大接觸點。
4.飛秒雷射照射樣品能夠表現出親水性表面。 使用 0% 雷射脈衝重疊和 40 J 的能量，最小接觸角為 5635◦。本研究可作為PMMA表面改性的指南，以使用在紅外波長下工作的飛秒雷射器獲得疏水性和親水性表面。
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飛秒雷射直寫裝置
上海金雷光電研發的飛秒雷射微納加工系統，整合度高，體積小; 採用輕質高強度工業級鋁材作為主體結構，保證了系統的穩定性，運輸安裝更加方便。 光路配有輔助模組，這也簡化了光路的調整，使系統的光路設定更加容易。 系統配備整合軟體，操作簡單，可實時觀察整個加工過程。 可根據不同的應用需求進行定製，完美匹配使用者的不同應用需求，達到理想的加工效果。 不同型別的裝置可應用於光纖光柵的製備、光波導、光學表面改性、週期性微納結構、微孔加工等。 該裝置的精度可以滿足大多數使用者在微奈米結構加工製造方面的探索：如微流控晶元、光柵、微透鏡、柔性感測器、精密切割、材料表面處理等。