本發(fā)明涉及一種金屬薄層精細(xì)化圖案的制作系統(tǒng)和方法，具體涉及一種脈沖激光誘導(dǎo)的向前轉(zhuǎn)移制備圖案化金屬薄層的系統(tǒng)和方法，通過(guò)脈沖激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移預(yù)先制備好的金屬薄層，將該金屬薄層部分的從初始基片轉(zhuǎn)移到接收基片上，從而實(shí)現(xiàn)亞微米結(jié)構(gòu)的精細(xì)化圖案，屬于激光應(yīng)用及印刷電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，在精密印刷領(lǐng)域主要采用LIGA工藝(即光刻、電鑄和壓印)以及噴墨打印技術(shù)制備圖案化的功能器件。對(duì)于前者而言，需要利用掩膜版來(lái)制備微納米級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)，同時(shí)，掩模版表面結(jié)構(gòu)會(huì)隨著壓印次數(shù)增多而下降，從而降低其使用壽命；對(duì)于后者，可以通過(guò)控制墨滴的準(zhǔn)確位置快速實(shí)現(xiàn)大面積復(fù)雜圖案的直寫(xiě)和圖案化，操作簡(jiǎn)便、成本低廉，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類(lèi)功能器件的制備。

然而，由于受到噴孔直徑的限制，現(xiàn)有條件下對(duì)于功能材料而言，要實(shí)現(xiàn)亞微米甚至更小的精度還存在很大困難。此外，噴孔對(duì)于材料的阻塞也成為嚴(yán)重影響實(shí)際使用效果的突出問(wèn)題。

隨著激光器的問(wèn)世，激光微加工技術(shù)得到越來(lái)越多的關(guān)注和研究。納秒、皮秒、飛秒激光因其具有脈寬窄、峰值功率高、相干性好等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在MEMS器件的制作，表面改性等微精細(xì)加工領(lǐng)域。

激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移技術(shù)(LIFT)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種激光微加工技術(shù)。具有適應(yīng)性強(qiáng)，加工精度高，成本低廉，綠色環(huán)保，適用范圍廣等諸多優(yōu)點(diǎn)。

因此，尋找一種大面積、低成本、可控制備、無(wú)需掩膜版的金屬薄層精細(xì)化圖案制作方法具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的之一是提出一種利用脈沖激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖案化金屬薄層的系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種脈沖激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移圖案化金屬薄層的系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)包括：激光光源、光路調(diào)節(jié)系統(tǒng)和二維精密移動(dòng)系統(tǒng)，所述激光光源與所述光路調(diào)節(jié)系統(tǒng)相連接，所述二維精密移動(dòng)系統(tǒng)位于所述光路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的下面；所述光路調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡組，與之相連接的分光元件，所述分光元件呈90度分別與兩個(gè)反射鏡相連接，兩個(gè)反射鏡分別與合束鏡相連接，所述合束鏡通過(guò)聚焦透鏡與物鏡相連接；所述二維精密移動(dòng)系統(tǒng)包括電動(dòng)平臺(tái)(X、Y方向)、運(yùn)動(dòng)控制器和計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器和電動(dòng)平臺(tái)相連接，所述電動(dòng)平臺(tái)用于放置初始基片和接收基片。

優(yōu)選地，所述激光光源為脈沖激光器。

優(yōu)選地，所述激光光源的輸出波長(zhǎng)1064nm，脈沖寬度1～30ns，重復(fù)頻率1～10kHz，最大脈沖能量>1mJ。

優(yōu)選地，所述光路調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡組由兩個(gè)平凸透鏡組成，對(duì)激光光源發(fā)射的激光進(jìn)行準(zhǔn)直擴(kuò)束后，激光光斑直徑變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，該準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡組與激光光源直接固連在一起。

優(yōu)選地，所述分光元件為分光棱鏡或偏振分光棱鏡，用于對(duì)調(diào)節(jié)后的脈沖激光進(jìn)行分光，分成能量相同的反射光束A和透射光束F兩束光。

優(yōu)選地，所述反射鏡為對(duì)于1064nm激光的全反射鏡。

優(yōu)選地，所述合束鏡為對(duì)于1064nm激光的半透半反鏡，當(dāng)所述分光元件為分光棱鏡時(shí)，反射鏡與合束鏡固定在精密螺桿上，通過(guò)調(diào)節(jié)精密螺桿(位移和俯仰)，調(diào)整分光棱鏡與合束鏡之間兩束光路的光程，實(shí)現(xiàn)兩束光在時(shí)間和空間上的相干，同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)光柵干涉夾角的功能，改變光柵結(jié)構(gòu)的周期。

優(yōu)選地，當(dāng)所述分光元件為偏振分光棱鏡時(shí)，所述反射鏡分別通過(guò)偏振方向平行放置的衍射光柵或SLM與所述合束鏡相連接。

優(yōu)選地，所述聚焦透鏡焦距為50mm，用于對(duì)從合束鏡入射至聚焦透鏡的光束進(jìn)行會(huì)聚。

優(yōu)選地，所述物鏡用于將干涉光束在金屬薄層表面聚焦，形成光斑，數(shù)值孔徑為1.4。

優(yōu)選地，所述電動(dòng)平臺(tái)在X、Y方向上的行程范圍分別為200mm，最大速度200mm/s，每100mm行程范圍內(nèi)直線(xiàn)度小于10μm，平直度小于15μm。

優(yōu)選地，所述運(yùn)動(dòng)控制器采用交流伺服電機(jī)，在X、Y方向上按照預(yù)設(shè)路徑控制電動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。

通過(guò)光路調(diào)節(jié)元件將激光器發(fā)出的激光聚焦于電動(dòng)平臺(tái)上樣品的表面，運(yùn)動(dòng)控制器控制電動(dòng)平臺(tái)的精密移動(dòng)，使聚焦的激光光斑按照預(yù)設(shè)路徑在樣品表面進(jìn)行二維移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)圖案化。

本發(fā)明的另一目的是提供一種利用脈沖激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖案化金屬薄層的方法。

本發(fā)明的上述目的是通過(guò)以下技術(shù)方案達(dá)到的：

一種脈沖激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移圖案化金屬薄層的方法，包括如下步驟：

(1)采用旋涂、刮涂或印刷的方法在作為透明的初始基片的載玻片上制備一層金屬薄層，然后將墊片置于鍍有金屬薄層面的初始基片和接收基片之間，形成一個(gè)微小間距，該金屬薄層面朝下，再將其放置于脈沖激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移圖案化金屬薄層的系統(tǒng)的電動(dòng)平臺(tái)上；

(2)激光光源發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡組入射到分光元件(分光棱鏡或偏振分光棱鏡)后，發(fā)生反射和透射，分成能量相同的反射光束和透射光束，該兩個(gè)光束合成后，經(jīng)聚焦透鏡聚焦后投射到物鏡的焦平面上；

(3)上述相干光束經(jīng)物鏡后聚焦于步驟(1)中制備好的初始基片上，焦點(diǎn)位于所述初始基片的金屬薄層之間的位置，激光透過(guò)透明的初始基片，被金屬薄層吸收，使初始基片與金屬薄層的界面加熱，當(dāng)入射激光能量超過(guò)閾值時(shí)，金屬薄層中與初始基片接觸部分的溫度升高，達(dá)到金屬薄層材料的沸點(diǎn)，汽化形成的蒸汽壓推動(dòng)其前方熔化的材料脫離初始基片并噴向接收基片，金屬薄層上的材料被局部的轉(zhuǎn)移到接收基片上，此過(guò)程中二維精密移動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制器控制電動(dòng)平臺(tái)的精密移動(dòng)，使聚焦的激光光斑按照預(yù)設(shè)路徑在樣品表面進(jìn)行二維移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)金屬薄層的圖案化轉(zhuǎn)移。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中所述分光元件為分光棱鏡，經(jīng)分光棱鏡分光后的反射光束和透射光束分別經(jīng)過(guò)反射鏡反光后入射到合束鏡上形成相干條紋，過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)反射鏡的位移和俯仰來(lái)實(shí)現(xiàn)兩束光在時(shí)間和空間上的相干以及改變光柵周期，再經(jīng)合束鏡合束后經(jīng)聚焦透鏡聚焦后投射到物鏡的焦平面上。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中所述分光元件為偏振分光棱鏡，經(jīng)偏振分光棱鏡分光后的反射光束和透射光束具有相互垂直的偏振態(tài)，經(jīng)過(guò)反射鏡反射后，分別入射到與其偏振方向平行放置的衍射光柵或SLM，投射出強(qiáng)度呈正弦變化的衍射條紋，再經(jīng)合束鏡合束后經(jīng)聚焦透鏡聚焦后投射到物鏡的焦平面上。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中所述微小間距的距離為0-100μm，或者為1-100μm。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中所述金屬薄層為納米涂層，其厚度為10nm-500nm。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中所述激光光源輸出的波長(zhǎng)為1064nm，脈沖寬度1～30ns，重復(fù)頻率1～10kHz，最大脈沖能量>1mJ。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中所述準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡組對(duì)光源發(fā)射的激光進(jìn)行準(zhǔn)直擴(kuò)束后，激光光斑直徑變?yōu)樵瓉?lái)的2倍。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中所述聚焦透鏡焦距為50mm，用于對(duì)從合束鏡入射至聚焦透鏡的光束進(jìn)行會(huì)聚。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中所述物鏡用于將干涉光束在金屬薄層表面聚焦，形成光斑，數(shù)值孔徑為1.4。

優(yōu)選地，所述步驟(3)中所述電動(dòng)平臺(tái)在X、Y方向上的行程范圍分別為200mm，最大速度200mm/s，每100mm行程范圍內(nèi)直線(xiàn)度小于10μm，平直度小于15μm。

優(yōu)選地，所述步驟(3)中所述運(yùn)動(dòng)控制器采用交流伺服電機(jī)，在X、Y方向上按照預(yù)設(shè)路徑控制電動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中所述金屬薄層的材料為金系導(dǎo)電墨、銀系導(dǎo)電墨、銅系導(dǎo)電墨或碳系導(dǎo)電墨。

本發(fā)明提供的這種脈沖激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移圖案化金屬薄層的系統(tǒng)和方法，通過(guò)高能量的脈沖激光將初始基片上的金屬薄層按預(yù)設(shè)路徑轉(zhuǎn)移到鄰近的接收基片上，實(shí)現(xiàn)精確控制金屬薄層的局部轉(zhuǎn)移和沉積，得到微納米級(jí)別的功能性圖案。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)快速、高精度、大幅面的圖案化轉(zhuǎn)移，有利于大大降低制造成本和制造周期。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中脈沖激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移圖案化金屬薄層的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例2中脈沖激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移圖案化金屬薄層的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明激光誘導(dǎo)金屬薄層轉(zhuǎn)移過(guò)程示意圖。

主要附圖標(biāo)記：

1 脈沖激光器 2 準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡組

3 分光棱鏡 3(1) 偏振分光棱鏡

4 反射鏡 5 反射鏡

6 合束鏡 7 聚焦透鏡

8 物鏡 9 初始基片

10 金屬薄層 11 接收基片

12 電動(dòng)平臺(tái) 13 運(yùn)動(dòng)控制器

14 計(jì)算機(jī) 15 干涉圖樣

15(1) 干涉圖樣 16 墊片

17 衍射光柵 18 衍射光柵

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清晰，以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1

如圖1所示，是本發(fā)明的脈沖激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移圖案化金屬薄層的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1為脈沖激光器，2為準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡組，3為分光棱鏡，4和5均為反射鏡，6為合束鏡，7為聚焦透鏡，8為物鏡，9為透明的初始基片，10為金屬薄層，11為接收基片，12為電動(dòng)平臺(tái)，13為運(yùn)動(dòng)控制器，14為計(jì)算機(jī)，15為干涉圖樣，16為墊片，其中準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡組2與脈沖激光器1固連在一起，準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡組2、分光棱鏡3、反射鏡4和5、合束鏡6、聚焦透鏡7、物鏡8組成光路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，反射鏡4和5與合束鏡6分別固定在精密螺桿(圖中未顯示)上，通過(guò)調(diào)節(jié)精密螺桿(位移和俯仰)，調(diào)整分光棱鏡3與合束鏡6之間兩束光路的光程，實(shí)現(xiàn)兩束光在時(shí)間和空間上的相干，同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)光柵干涉夾角的功能，改變光柵結(jié)構(gòu)的周期；電動(dòng)平臺(tái)12、運(yùn)動(dòng)控制器13和計(jì)算機(jī)14組成二維精密移動(dòng)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)14通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器13與電動(dòng)平臺(tái)12相連接；采用旋涂、刮涂或蒸鍍的方法在作為初始基片9的載玻片上制備一層金屬納米薄層10，然后將墊片16置于鍍有金屬薄層10面的初始基片9和接收基片11之間，形成一個(gè)微小間距100μm(墊片厚度)，該金屬薄層10面朝下，再將其放置于脈沖激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移圖案化金屬薄層的系統(tǒng)的電動(dòng)平臺(tái)12上，電動(dòng)平臺(tái)12通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器13和計(jì)算機(jī)14連接。

金屬薄層10為固含量30％的納米銀導(dǎo)電油墨薄層，其厚度為10nm，100nm，300nm，或500nm。

脈沖激光器1的輸出波長(zhǎng)1064nm，脈沖寬度1～30ns，重復(fù)頻率1～10kHz，最大脈沖能量>1mJ。

準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡組2由兩個(gè)平凸透鏡組成，對(duì)脈沖激光器1發(fā)射的激光進(jìn)行準(zhǔn)直擴(kuò)束后，激光光斑直徑變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，該準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)與脈沖激光器1直接固連在一起；

分光棱鏡3作為分光元件，對(duì)調(diào)節(jié)后的脈沖激光進(jìn)行分光，分成能量相同的反射光束A(經(jīng)合束鏡6透射后形成第一束反射光L₁)和透射光束F兩束光(經(jīng)合束鏡6反射后形成第二束反射光L₂)；

反射鏡4和5為全反射鏡，單面鍍制1064nm高反射膜，合束鏡6為對(duì)于1064nm激光的半透半反鏡，反射鏡4和5與合束鏡6分別固定在精密螺桿上，通過(guò)調(diào)節(jié)精密螺桿(位移和俯仰)，調(diào)整分光棱鏡3與合束鏡6之間兩束光路的光程，實(shí)現(xiàn)兩束光在時(shí)間和空間上的相干，同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)光柵干涉夾角的功能，改變光柵結(jié)構(gòu)的周期。

聚焦透鏡7的焦距為50mm，用于對(duì)從合束鏡6入射至聚焦透鏡7的光束進(jìn)行會(huì)聚。

物鏡8將干涉光束在金屬薄層10表面聚焦，形成光斑，物鏡8的數(shù)值孔徑為1.4。

電動(dòng)平臺(tái)12在X、Y方向上的行程范圍分別為200mm，最大速度200mm/s，每100mm行程范圍內(nèi)直線(xiàn)度小于10μm，平直度小于15μm。

運(yùn)動(dòng)控制器13采用交流伺服電機(jī)，在X、Y方向上按照預(yù)設(shè)路徑控制電動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。

本實(shí)施例是通過(guò)調(diào)節(jié)反射鏡4和5的位移和俯仰來(lái)實(shí)現(xiàn)兩束光在時(shí)間和空間上的相干以及改變光柵周期，再經(jīng)合束鏡6合束后經(jīng)聚焦透鏡7聚焦后投射到物鏡8的焦平面上。

如圖3所示，為本發(fā)明激光誘導(dǎo)金屬薄層轉(zhuǎn)移過(guò)程示意圖，相干光束經(jīng)物鏡8后聚焦于初始基片9上，焦點(diǎn)位于金屬薄層10與初始基片相臨的位置(界面處)附近，激光脈沖被金屬薄層10吸收，使初始基片9與金屬薄層10材料的界面加熱，當(dāng)入射激光能量超過(guò)閾值時(shí)，界面處的金屬薄層材料溫度達(dá)到其沸點(diǎn)，汽化形成的蒸汽壓推動(dòng)其前方熔化的材料脫離初始基片9并噴向接收基片11，金屬薄層10的材料被局部的轉(zhuǎn)移到接收基片11上。過(guò)程中通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器13控制電動(dòng)平臺(tái)12的精密移動(dòng)，使聚焦的激光光斑按照預(yù)設(shè)路徑在樣品表面進(jìn)行二維移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)金屬薄層的圖案化轉(zhuǎn)移。

本實(shí)施例的脈沖激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移圖案化金屬薄層的方法的具體步驟包括：

步驟1：脈沖激光器1發(fā)出的激光信號(hào)經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡組2后經(jīng)分光棱鏡3分光，分成能量相等的兩束光，反射光束經(jīng)反射鏡4反射后入射到合束鏡6，經(jīng)合束鏡6透射后形成第一束反射光L₁；

步驟2：脈沖激光光束經(jīng)分光棱鏡3分光后的透射光束經(jīng)反射鏡4反射后入射到合束鏡6，經(jīng)合束鏡6反射后形成第二束反射光L₂；

步驟3：兩束激光信號(hào)L₁和L₂相干疊加后經(jīng)聚焦透鏡7聚焦后投射到物鏡8的焦平面上，物鏡8后聚焦于初始基片9上，焦點(diǎn)位于金屬薄層10的位置，激光脈沖被金屬薄層10吸收，使初始基片9與金屬薄層10上的材料界面加熱，當(dāng)入射激光能量超過(guò)閾值時(shí)，汽化形成的金屬蒸汽壓推動(dòng)其前方熔化的材料脫離初始基片9并噴向接收基片11，金屬薄層10的材料被局部的轉(zhuǎn)移到接收基片11上。

步驟4：運(yùn)動(dòng)控制器13和計(jì)算機(jī)14控制電動(dòng)平臺(tái)12的精密移動(dòng)，使聚焦的激光光斑按照預(yù)設(shè)路徑在樣品表面進(jìn)行二維移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)金屬薄層的圖案化轉(zhuǎn)移。

其中，脈沖激光器1的輸出波長(zhǎng)1064nm，脈沖寬度1～30ns，重復(fù)頻率1～10kHz，最大脈沖能量>1mJ；準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡組2由兩個(gè)平凸透鏡組成，對(duì)脈沖激光器1發(fā)射的激光進(jìn)行準(zhǔn)直擴(kuò)束后，激光光斑直徑變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，該準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡組2與脈沖激光器1直接固連在一起；分光棱鏡3對(duì)調(diào)節(jié)后的脈沖激光進(jìn)行分光，分成能量相同的反射光束A和透射光束F兩束光；反射鏡4和反射鏡5單面鍍制1064nm高反射膜；合束鏡6為對(duì)于1064nm激光的半透半反鏡，反射鏡4和5與合束鏡6分別固定在精密螺桿(圖中未標(biāo)出)上，通過(guò)調(diào)節(jié)精密螺桿(位移和俯仰)，調(diào)整分光棱鏡3與合束鏡6之間兩束光路的光程，實(shí)現(xiàn)兩束光在時(shí)間和空間上的相干，同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)光柵干涉夾角的功能，改變光柵結(jié)構(gòu)的周期；聚焦透鏡焦距為50mm，用于對(duì)從合束鏡入射至聚焦透鏡的光束進(jìn)行會(huì)聚；物鏡將干涉光束在金屬薄層表面聚焦成規(guī)定尺寸的光斑，數(shù)值孔徑為1.4；電動(dòng)平臺(tái)12在X、Y方向上的行程范圍分別為200mm，最大速度200mm/s，每100mm行程范圍內(nèi)直線(xiàn)度小于10μm，平直度小于15μm；運(yùn)動(dòng)控制器13采用交流伺服電機(jī)，在X、Y方向上按照預(yù)設(shè)路徑控制電動(dòng)平臺(tái)12的運(yùn)動(dòng)。

實(shí)施例2

如圖2所示，為本實(shí)施例中脈沖激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移圖案化金屬薄層的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1為脈沖激光器，2為準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡組，3a為偏振分光棱鏡，4和5為反射鏡，6為合束鏡，7為聚焦透鏡，8為物鏡，9為初始基片，10為金屬薄層，11為接收基片，12為電動(dòng)平臺(tái)，13為運(yùn)動(dòng)控制器，14為計(jì)算機(jī)，15(1)為干涉圖樣，16為墊片，17衍射光柵(也可以是SLM)，18為衍射光柵(也可以是SLM)，其中準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡組2與脈沖激光器1固連在一起，光路調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡組2、偏振分光棱鏡3a、反射鏡4和5、合束鏡6、聚焦透鏡7、物鏡8、衍射光柵(或SLM)17和18；偏振分光棱鏡3a將垂直入射的激光分為偏振方向相互垂直的兩束線(xiàn)偏振光；衍射光柵17和18放置時(shí)要求平行放置于所入射的線(xiàn)偏光的偏振方向，從而投射出強(qiáng)度呈正弦變化的衍射條紋；再經(jīng)合束鏡6合束后經(jīng)聚焦透鏡7聚焦后投射到物鏡8的焦平面上；電動(dòng)平臺(tái)12、運(yùn)動(dòng)控制器13和計(jì)算機(jī)14組成二維精密移動(dòng)系統(tǒng)；采用旋涂、刮涂或蒸鍍的方法在作為初始基片9的載玻片上制備一層金屬納米薄層10，然后將墊片16置于鍍有金屬薄層10面的初始基片9和接收基片11之間，形成一個(gè)微小間距1μm(墊片厚度)，該金屬薄層10面朝下，再將其放置于脈沖激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移圖案化金屬薄層的系統(tǒng)的電動(dòng)平臺(tái)12上，電動(dòng)平臺(tái)12通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器13和計(jì)算機(jī)14連接。

金屬薄層10為固含量50％的納米銀導(dǎo)電油墨薄層，其厚度為100nm或500nm。

脈沖激光器1的輸出波長(zhǎng)1064nm，脈沖寬度1～30ns，重復(fù)頻率1～10kHz，最大脈沖能量>1mJ。

準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡組2由兩個(gè)平凸透鏡組成，對(duì)脈沖激光器1發(fā)射的激光進(jìn)行準(zhǔn)直擴(kuò)束后，激光光斑直徑變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，該準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)與脈沖激光器1直接固連在一起。

反射鏡4和5為全反射鏡，單面鍍制1064nm高反射膜，合束鏡6為對(duì)于1064nm激光的半透半反鏡。

聚焦透鏡7的焦距為50mm，用于對(duì)從合束鏡6入射至聚焦透鏡7的光束進(jìn)行會(huì)聚。

物鏡8將干涉光束在金屬薄層10表面聚焦，形成光斑，物鏡8的數(shù)值孔徑為1.4。

電動(dòng)平臺(tái)12在X、Y方向上的行程范圍分別為200mm，最大速度200mm/s，每100mm行程范圍內(nèi)直線(xiàn)度小于10μm，平直度小于15μm。

運(yùn)動(dòng)控制器13采用交流伺服電機(jī)，在X、Y方向上按照預(yù)設(shè)路徑控制電動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。

本實(shí)施例是經(jīng)偏振分光棱鏡3a分光后的反射光束和透射光束具有相互垂直的偏振態(tài)，經(jīng)過(guò)反射鏡4和5反射后，分別入射到與其偏振方向平行放置的衍射光柵或SLM17和18，投射出強(qiáng)度呈正弦變化的衍射條紋，再經(jīng)合束鏡6合束后經(jīng)會(huì)聚透鏡7聚焦后投射到物鏡8的焦平面上。

本實(shí)施例的脈沖激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移圖案化金屬薄層的方法的具體步驟包括：

步驟1：脈沖激光器1發(fā)出的激光信號(hào)經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡組2后經(jīng)偏振分光棱鏡3a將垂直入射的激光分為偏振方向相互垂直的兩束線(xiàn)偏振光；

步驟2：衍射光柵17和18放置時(shí)要求平行放置于所入射的線(xiàn)偏光的偏振方向，從而投射出強(qiáng)度呈正弦變化的衍射條紋；

步驟3：再經(jīng)合束鏡6合束后經(jīng)聚焦透鏡7聚焦后投射到物鏡8的焦平面上；物鏡8后聚焦于初始基片9上，焦點(diǎn)位于金屬薄層10的位置，激光脈沖被金屬薄層10吸收，使初始基片9與金屬薄層10上的材料界面加熱，當(dāng)入射激光能量超過(guò)閾值時(shí)，汽化形成的金屬蒸汽壓推動(dòng)其前方熔化的材料脫離初始基片9并噴向接收基片11，金屬薄層10的材料被局部的轉(zhuǎn)移到接收基片11上；

步驟4：運(yùn)動(dòng)控制器13和計(jì)算機(jī)14控制電動(dòng)平臺(tái)12的精密移動(dòng)，使聚焦的激光光斑按照預(yù)設(shè)路徑在樣品表面進(jìn)行二維移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)金屬薄層的圖案化轉(zhuǎn)移。

其中，脈沖激光器1的輸出波長(zhǎng)1064nm，脈沖寬度1～30ns，重復(fù)頻率1～10kHz，最大脈沖能量>1mJ；準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡組2由兩個(gè)平凸透鏡組成，對(duì)脈沖激光器1發(fā)射的激光進(jìn)行準(zhǔn)直擴(kuò)束后，激光光斑直徑變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，該準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡組2與脈沖激光器1直接固連在一起；偏振分光棱鏡3a將垂直入射的激光分為偏振方向相互垂直的兩束線(xiàn)偏振光；衍射光柵17和18放置時(shí)要求平行放置于所入射的線(xiàn)偏光的偏振方向，從而投射出強(qiáng)度呈正弦變化的衍射條紋；再經(jīng)合束鏡6合束后經(jīng)聚焦透鏡7聚焦后投射到物鏡8的焦平面上；聚焦透鏡焦距為50mm，用于對(duì)從合束鏡入射至聚焦透鏡的光束進(jìn)行會(huì)聚；物鏡將干涉光束在金屬薄層表面聚焦成規(guī)定尺寸的光斑，數(shù)值孔徑為1.4；電動(dòng)平臺(tái)12在X、Y方向上的行程范圍分別為200mm，最大速度200mm/s，每100mm行程范圍內(nèi)直線(xiàn)度小于10μm，平直度小于15μm；運(yùn)動(dòng)控制器13采用交流伺服電機(jī)，在X、Y方向上按照預(yù)設(shè)路徑控制電動(dòng)平臺(tái)12的運(yùn)動(dòng)。

以上所述具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但并不限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本報(bào)發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。