Gennembrud i Lasergravering – Uovertruffen Hastighed og Præcision Opnået

Et hold af ingeniører fra Zhejiang Lab og Zhejiang University i Kina afslørede en ny metode til direkte lasergravering, der udnytter dobbelte stråler for at forbedre nøjagtigheden. Det opgraderede system kan gøre det muligt for ingeniører at fremstille mere holdbare og kraftfulde optiske komponenter, hukommelsessystemer og mere.  Her er, hvad du behøver at vide.

Direkte Lasergravering

Direkte lasergravering eller multiphoton-litografi er en fremstillingsproces, der refererer til brug af lasere til at inducere præcis 3D-polymerisation i materialer. Disse stråler gør det muligt for ingeniører at lave kontrollerede mærkninger og andre påvirkninger for at give en nøjagtig optisk respons.
Imponerende kan disse systemer producere indviklede designs, der er tyndere end et menneskehår. Som sådan er de ideelle til fremstilling af optiske komponenter og andet præcist udstyr, der anvendes i nutidens elektronik.

Problemer med Nuværende Metoder til Direkte Lasergravering

Direkte lasergravering er en værdifuld fremstillingsproces, der anvendes i flere industrier i dag. Den har dog mange begrænsninger, som har bremset yderligere adoption og innovation. For det første bruger den mest almindelige metode blinds til at afbryde laseren, når den ikke er nødvendig.
Desværre resulterer denne tilgang i, at laserfotonerne bløder ud under processen, hvilket reducerer kvaliteten og evnen til at skalere design ned. Derudover kan udblødning forårsage uønsket eksponering og reducere designnøjagtigheden.

Detaljer om Undersøgelsen

Ingeniørerne bag studiet Super-resolution direct laser writing via multiphoton and peripheral photoinhibition photolithography¹, udgivet i Optics Letters, søger at indlede en ny æra inden for AR/VR og andre avancerede teknologier. Undersøgelsen introducerer en superopløsnings-3D DLW-tilgang, der forbedrer ydeevnen betydeligt sammenlignet med sine forgængere. Denne opgraderede proces kan åbne døren for bedre VR, optik, computere og meget mere.

Dual-Beam Optisk Opsætning

Forskeren introducerede en dual-beam optisk opsætning, der anvendte en 525-nm femtosekundlaser som excitationslyskilde.  Denne laser arbejdede i tandem med en 532-nm picosekundlaser. Den sidstnævnte stråle bruges til at stoppe polymeriseringsområder omkring det laser-eksponerede område.
Valget om at anvende en multiphoton DLW og DLW med perifer fotoinhibition giver ingeniører betydelige fordele såsom øget kontrol. Specifikt skulle teamet spore og justere laserintensitet, fokus, justering,  strømfluktuation,  drift og hukommelseseffekt for at opnå de ønskede resultater.

Fotolak

Ingeniørerne skabte en fotolak, der integrerer PETA kombineret med et materiale kaldet BTPOS. Bemærk, at fotolak er lysfølsomme materialer, der spiller en afgørende rolle i nutidens mikrochips og anden højteknologisk elektronik. I dette eksperiment var hovedformålet at forhindre krydsbinding ved fremstilling af nanoskalige højopløsningslinjemønstre.

Rumlig Lysmodulator (SLM)

Ingeniørerne finjusterede alt ved hjælp af en rumlig lysmodulator. Denne hardwarekomponent har til opgave at modulere excitations- og inhibitionslyset. Finjusteringen blev forbedret, efter at teamet tilføjede Zernike-polynomier til SLM’en. Dette skridt gjorde det muligt for teamet at korrigere bølgefrontaberrationer og stabilisere strålerne.

Hvordan Systemet Fungerer

Den opgraderede DLW fungerer ved at bruge begge lasere i tandem. Først efterligner femtosekundlaseren en 2700 ps forsinkelsesswitch, før den aktiverer picosekundlaseren.  Bemærk, at laserne også har let forskellige optiske baner. Denne tilgang muliggør højopløsnings- og præcisionsudskrifter på nanoskalering.

Direkte Lasergraveringstest

For at teste deres teori skabte ingeniørerne flere nanostrukturer. Teamet begyndte med at printe nanoskalige træstakke ved at bruge laterale stangafstande fra 300 nm til 225 nm. Nanoskalige træstakke er et ideelt testscenario, da de demonstrerer kompleksiteten og indviklingen ved at skabe nanoskalige designs, hvor linjerne skal krydse hinanden og stable sig oven på hinanden. Interessant nok satte ingeniørerne den fraktionelt begrænsede aksiale opløsning til 320 nm, hvilket muliggør nogle imponerende resultater.

Kilde – Optica

Resultater af Direkte Lasergraveringstest

Resultaterne viser, at et system, der integrerer en fotolak med en udtømmelig fotoinitiator og en radikalquencher, er i stand til at producere lasergravering med hidtil uset hastighed og opløsning. Specifikt demonstrerede enheden en laterale opløsning på 100 nm ved en udskrivningshastighed på 100 µm/s. Bemærk, at printerens nøjagtighed kun blev lidt langsommere, da hastigheden øgedes til 1000 μm/s.

Fordele ved Direkte Lasergravering

Der er mange fordele, som det opgraderede system til direkte lasergravering kan introducere på markedet. For det første er det meget hurtigere end at anvende enkeltlasermetoder. Evnen til hurtigt at fremstille test- eller udskiftningsdele er en stor attraktion ved denne teknologi.

Høj Præcision

Den opgraderede DLW-metode vil forbedre ingeniørernes evne til at skabe og integrere komplekse optiske elementer. Fra satellitter til sensorerne i din telefon, bør denne teknologi give ekstra kapaciteter til mange af de teknologier, du dagligt er afhængig af. Ingeniører vil kunne fremstille mindre og mere præcise linser og andre enheder.

Virkelige Anvendelser & Tidslinje

Der er en række anvendelser for denne teknologi. Efterspørgslen efter avanceret optik er i stigende vækst. Fra militæret til den kommercielle sektor efterspørger ingeniører mindre, mere præcise linser og andre komponenter.

Som sådan har denne teknologi potentialet til at revolutionere datalagringsløsninger og fotoniske enheder. Bemærk, at ingeniørerne forudser stærk kommerciel integration inden for de næste 3-6 år.

Datalagring

Lasergravering af harddiske vil få et stort løft i kapaciteter, når denne teknologi bliver udbredt. Disse enheder ætser små mærkninger, der kan opfanges og omsættes til data. Evnen til at gøre disse linjer mindre og mere præcise åbner døren for øget ydeevne og kapacitet i fremtidige harddiske.

VR og AR

VR- og AR-markederne vil opleve store opgraderinger ved brug af denne teknologi. Allerede har teamet diskuteret at anvende denne teknologi til at opgradere de optiske bølgguide-enheder, der bruges i VR-skærme. De forbedrede enheder vil levere højopløsningsstrukturering kombineret med præcision og omkostningseffektivitet.

Fremstilling af Fotoniske Enheder

Denne teknologi vil sænke prisen på fremstilling af mikrolinser, fotoniske krystaller, mikro-optiske enheder og andre højteknologiske enheder. Evnen til konsekvent at skabe nanoskalig ætning til en lavere pris end nutidens muligheder vil drive innovation og hjælpe med at skabe endnu mere kraftfulde og robuste fotoniske enheder.

Forskere inden for Direkte Lasergravering

Ingeniører fra Zhejiang Lab og Zhejiang University i Kina var værter for forskningen i opgraderingen af direkte lasergravering. Specifikt arbejdede et team ledet af Xi Liu, Qiulan Liu, Mengdi Luo, Liang Xu, Cuifang Kuang og Xu Liu sammen om at bekræfte deres resultater. Nu er målet at overstige hastigheder på 10 og 100 mm/s i det kommende år.

Virksomheder, der Ledere Innovation inden for Lasergravering

Flere virksomheder er afhængige af direkte lasergravering for at producere deres produkter og tjenester. Disse virksomheder spiller en afgørende rolle i deres industrier ved at levere højteknologiske løsninger, der hjælper med at holde økonomien i vækst.

Fra luftfartssensorer til smarte briller og alt derimellem, gør DLW-producenter en forskel. Her er en virksomhed, der har sikret sig et ry som en innovativ og velpositioneret markedsleder.

Seagate Technology Holdings

Seagate Technology Holdings PLC (STX ) gik ind på markedet i 1979 som Shugart Technology med det formål at levere højtydende lagringsmuligheder til samfundet. Virksomheden omdøbte sig til Seagate Technologies Holdings som en del af sin drejning mod avancerede datalagringsløsninger.

Seagate har været en banebrydende kraft på markedet. For det første var det den første virksomhed, der introducerede en 5,25‑tommers HDD i 1980 og dominerede HD-markedet i størstedelen af det årti. Virksomheden har også styrket sin position gennem en række opkøb, herunder Conner Peripherals i 1996. Derfra købte firmaet Maxtor i 2006 og Samsungs HDD-forretning i 2011.