近期，中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室在优化飞秒激光多光子聚合（MPP）增材制造加工精度调控研究中取得研究进展。

研究团队利用对光刻胶中引发剂浓度的调控实现对聚合产物极限尺寸的有效控制，揭示了多光子聚合光化学反应过程中的扩散行为。相关成果发表在《光学材料》(Optical Materials)。

基于飞秒激光多光子聚合增材制造技术广泛应用于微机电、微光学、生物结构等领域的3D打印微纳结构制造。目前用于提升加工精度的主流技术路线是，提升光刻胶中的引发剂吸收截面以及调控激光焦斑的可聚焦程度，现阶段其制造极限分辨率可达10nm量级。

课题组通过解析多光子聚合中的光-物理-化学反应过程，认为光刻胶中引发剂浓度与聚合反应持续时间有关，并将最终影响聚合产物的极限尺寸。

研究人员选择了光引发剂是六氟锑酸盐小分子，单体是双酚A型环氧树脂大分子的SU-8光刻胶。

通过烘烤改变光引发剂的浓度，研究光引发剂在光刻胶中扩散行为对最终聚合极限尺寸的影响规律。利用长焦距、单次飞秒脉冲曝光方法获得了扁平化聚合物，精确表征了聚合物尺寸，发现当SU-8胶膜的溶剂含量从~7%下降到4%时，MPP产物的尺寸减小了~40%。

这种聚合尺寸优化是源于溶剂含量减少导致的光致阳离子扩散能力减弱，从而使聚合反应被约束在了更小的尺度范围内。

该项研究成果为优化MPP极限加工精度提供了一种新的研究思路，并且证明了在MPP过程中小分子扩散是一种值得关注的本征过程，同时也为光刻胶优化选择和发展国产光刻胶提供了认识基础。

该项研究获得了国家自然科学基金和中科院战略性先导科技专项的支持。

图1 （a）增加预烘烤时间以降低SU-8中的溶剂含量（b）长焦距、单脉冲曝光的扁平化MPP产物的正、侧视图及其高度信息

图2 不同溶剂含量/曝光能量密度对应的聚合点尺寸统计（a）（b）（c）（d）分别为能量密度为~0.72J/cm2时，溶剂含量分别对7.3%、5.1%、4.3%和3.2%的MPP聚合产物形貌

在高功率光纤激光横模主动控制方面取得新进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率光纤激光技术实验室在高功率横向模式可控激光器研究方面取得进展。研究团队通过基于随机并行梯度下降算法（SPGD）的主动模式控制的方式，成功实现了1.4 kW量级的LP01和LP11主动模式控制与选择的光纤激光器系统，相关研究成果发表于近期《光波技术杂志》（IEEE Journal of Lightwave Technology）。

基于大模场掺镱光纤（LMA-YDF）的高功率光纤激光器具有很好的功率转换效率和功率稳定性，在许多领域具有重要的研究和应用价值。但是，由于大模场光纤的V值大于2.4，多种横向模式会在光纤中并存。

更为严重的是，由于高功率和强泵浦引起的热效应会引起大模场光纤中的横向模式不稳定（TMI）现象，阻碍激光器功率的进一步提升。如果能通过控制的方式实现大模场光纤中的各种横向模式单独激发，不仅能对模式不稳定效应进行抑制，而且可以让一台激光器受控输出不同的单横模或横模组合形式，从而满足于特殊应用场景。

在本项工作中，研究人员首先对主放大器的增益光纤进行盘绕限模优化，增加除LP01和LP11以外的高阶模的损耗，实现1.4 kW窄线宽少模激光输出。然后，以高功率光纤激光器输出的LP01和LP11模式的强度分布特征为基础，通过探测光斑的中心光强变化作为系统的评价函数，以区分不同的模式。

利用高速可编程门阵列（FPGA）来实现SPGA算法，产生4路反馈控制电压信号，并将其加载到模式控制器之上。模式控制器中的压电陶瓷（PZT）对预放光纤产生挤压和应力，改变光纤中各种横向模式的配比。

当这些模式注入到主放大器，利用放大器的模式竞争特性，实现不同横模模式的受控功率放大。当SPGD算法收敛到最大值时，激光器输出LP01模式激光；当SPGD算法收敛到最小值时，激光器输出LP11模式激光。

通过对红外相机采集到的光强分布进行模式解构处理，得出两种情况下产生的LP01模式的光光效率为84.1%，LP11模式的光光效率为85.8%以上，两种模式切换的转换效率大于99.5%。

本实验产生的1.4 kW的横模可控光纤激光，在光镊技术、原子捕获、激光微加工等领域有重要的应用价值。此外，宽带宽的主动模式控制系统也对以后开展光纤激光器模式不稳定的研究提供了有利条件。

本研究得到了国家自然科学基金等项目的支持。

图1 模式可控的光纤激光系统装置图

图2 (a)、(c) SPGD算法最小值和最大值收敛后的红外相机光场分布；(b)、(d) 模式重构出的光场分布；(e) 各种本征模式占比