研究人员开发了一种新的优化打印方法，可以实现超分辨率3D直接激光书写（DLW），用于微透镜、光子晶体、微光学器件、超材料等。
研究人员首次使用高速激光书写在玻璃基底上创造了间距仅为100纳米的线条。这种优化的打印方法可以实现超分辨率3D直接激光书写（DLW），用于微透镜、光子晶体、微光学器件、超材料等。
DLW是一种增材制造技术，利用聚焦激光束选择性固化或聚合材料，达到纳米级的精度。DLW通常使用多光子聚合以精确的3D方式聚合材料。
“提高分辨率——相邻特征之间的最小距离——是困难的，因为强烈的激光光线可能在DLW过程中导致邻近区域的意外曝光，”中国浙江实验室和浙江大学研究团队成员刘秋岚说。“然而，通过使用独特的双光束光学设置和特殊的光刻胶，我们能够克服这个挑战，实现超分辨率DLW。”
在Optica出版集团的期刊《光学快报》中，研究人员描述了他们的新方法，并展示了可在100微米/秒的打印速度下实现创纪录的100纳米横向分辨率。当使用更快的1000微米/秒的书写速度时，仍然可以达到120纳米的横向分辨率。
“我们DLW技术的一个令人兴奋的应用是为虚拟现实或增强现实显示器打印光波导器件，具有精确的高分辨率结构，”刘说。“这种快速且高精度的方法使得复杂光学元件的快速制造成为可能，这对下一代沉浸式技术的性能至关重要。”
减少交联
在这项新工作中，研究人员使用多光子DLW和带外周光抑制的DLW进行了实验，该方法使用抑制光束来抑制激光曝光区域边缘的聚合。
他们开发了一种光刻胶系统，由一种常用的单体PETA与Bis(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基-1-氧基) 十二酸酯(BTPOS)结合而成。BTPOS作为一种自由基淬灭剂，帮助减少使用DLW打印高分辨率线条图案时可能发生的交联。
光学设置包括一个525纳米的飞秒激光作为激发光源，以及一个532纳米的皮秒激光用于抑制。飞秒激光通过一个皮秒延迟单元触发皮秒激光，该单元引入2700皮秒的延迟，源于两束光的光程差异。抑制光束防止了不必要的聚合，并确保以高分辨率和精度形成所需的图案。
“为了实现高分辨率，我们还使用了一种空间光调制器（SLM）对激发光和抑制光进行调制，并将Zernike多项式应用于SLM以修正波前像差，”刘说。“我们还必须确保整个系统非常稳定，考虑到激光聚焦对准、激光功率波动、光学系统漂移和源于激发和抑制光束的记忆效应。”
打印微小结构
研究人员进行了几项实验，展示了他们优化的DLW方法的速度和分辨率。他们还制造了微小的3D木堆，横向杆间距从300纳米到225纳米。木层之间最小的轴向周期为318纳米，达到了320纳米的衍射极限轴向分辨率。这个衍射极限是由激光波长及光学系统聚焦激光束的能力决定的。
研究人员现在正在努力进一步提高书写速度，目标是在保持高书写质量和分辨率的同时达到10和100毫米/秒的速度。他们还希望改善光刻胶系统，使DLW技术更稳定和实用。
