Microfabricação por fotopolimerização via absorção de 2 fótons Aparato Experimental e Implementação Vinicius Tribuzi R. P. Gomes, Daniel S. Corrêa, Cleber Renato Mendonça Edit your company slogan
Introdução Neste projeto utilizamos lasers de femtosegundos na fabricação de sistemas poliméricos em escala microscópica, com propriedades ópticas interessantes para dispositivos fotônicos. Implementamos um sistema de microfabricação via fotopolimerizacao por absorção de dois fótons. H. B. Sun, S. Kawata, Nmr - 3d Analysis - Photopolymerization. SPRINGER-VERLAG BERLIN, Berlin, 2004, p. 169-273. Essa nova técnica de microfabricação oferece uma série de vantagens sobre outras técnicas convencionais, a destacar: sua capacidade para produzir estruturas tridimensionais sem limitações topológicas, e sua alta resolução espacial, que pode exceder o limite de difração.
Introdução Processos por 2 fótons Com um feixe gaussiano sendo focalizado sobre uma amostra, temos que a intensidade varia com o inverso do quadrado da distância ao plano focal no eixo óptico (z). Desta forma, a excitação fica confinada ao longo do eixo z, mas também no plano xy, uma vez que estamos focalizando o feixe e, portanto, teremos a mesma energia iluminando uma área menor
Aparato Experimental Espelhos móveis Deslocamento e suporte da amostra Aparato Shutter Sistema de monitoramento Objetivas e Microscópio
Aparato Experimental Laser Espelhos moveis Expansão do feixe CCD camera Objetiva vidro (150 micron) espaco resina vidro (150 micron) Iluminação
Aparato Experimental Usamos uma fonte de iluminação guiada por fibra óptica e com intensidade ajustável. Esta fonte é direcionada em sentido oposto à propagação do laser. Um filtro é adicionado de forma a evitar que luz de comprimentos de onda curtos incida sobre a amostra, evitando assim que o sistema de iluminação fotopolimerize a amostra. Essa luz incide sobre um divisor de feixe, sendo desviada para a câmera CCD onde a fotopolimerização pode ser monitorada em tempo real, graças a diferença de índices de refração entre a resina não polimerizada e o polímero final.
Aparato Experimental LabView Através da linguagem de programação Labview podemos controlar simultaneamente, em um mesmo programa, os espelhos móveis, o motor de passo, que desloca a amostra no eixo z, e o obturador. Coordenando a operação desses três componentes do aparato podemos fotopolimerizar a amostra de forma a criar microestruturas na forma que desejarmos.
Aparato Experimental Deslocamento Movimenta a amostra na direção de propagação do feixe laser Junto com os espelhos móveis da ao objeto sua estrutura tridimensional
Aparato Experimental espelhos Para controlar as regiões que serão excitadas pelo laser usamos dois espelhos acoplados a motores galvanométricos, orientados de forma a fazer o feixe laser se deslocar nas direções x e y. O obturador deve ser controlado de forma a bloquear o feixe laser quando a amostra estiver se deslocando apenas para redirecionar o ponto focal para a posição desejada, porém sem fotopolimerizar o material.
Processo de Fabricação
Processo de Fabricação Linha vista com objetiva de aumento de 10 vezes Linhas cruzadas vista com objetiva de 4 vezes. Para testar o funcionamento do aparato experimental usamos um LED emitindo luz azul na região de 470 nm. Neste caso, temos fotopolimerização por absorção de um fóton. Algumas estruturas simples foram feitas.
Processo de Fabricação Posteriormente, usamos um oscilador laser para realizarmos testes usando a fotopolimerização por absorção de dois fótons. Pode-se notar que aqui temos estruturas bem menores que no caso por um fóton. Estrutura vista com objetiva de aumento de 40 vezes.
Conclusões e Perspectivas O aparato mostrou bom funcionamento estando apto a realizar a tarefas para as quais foi projetado. Sendo assim, pretendemos investigar características como velocidade de varredura e potência média do laser de forma a conseguirmos o menor volume fotopolimerizado possível. Numa outra etapa pretendemos fabricar microestruturas mais complexas e funcionais para serem utilizadas em diversas aplicações que vão desde fotônica à biofotônica.
Agradecimentos http://www.fotonica.ifsc.usp.br/