Gennembrud i Lasergravering – Uovertruffen Hastighed og Præcision Opnået

Forskere i Kina har præsenteret en metode til direkte laserskrivning, hvor to lysstråler bruges til at skabe meget små strukturer. Ifølge deres artikel i Optics Letters opnåede metoden en lateral opløsning på omkring 100 nanometer ved en skrivehastighed på 100 mikrometer i sekundet. Den kan blive nyttig i forskning i præcise optiske komponenter, men er endnu ikke påvist anvendt i et bestemt kommercielt produkt.

Hvad er direkte laserskrivning?

Ved direkte laserskrivning, DLW, bruges fokuseret lys til at hærde lysfølsomt materiale på udvalgte steder. Metoder med flere fotoner kan skabe små to- og tredimensionelle strukturer. Højere opløsning kræver, at målområdet belyses tilstrækkeligt, uden at materialet ved siden af hærder utilsigtet.

En udfordring ved tidligere metoder

En stærk laserstråle kan påvirke området omkring den ønskede position. Det gør det vanskeligt at danne meget tætsiddende linjer hver for sig. I den nye metode bruges en anden lysstråle til at hæmme polymeriseringen omkring målområdet.

Den undersøgte fremgangsmåde

Artiklen ”Super-resolution direct laser writing via multiphoton and peripheral photoinhibition photolithography”¹ beskriver både multifotonisk skrivning og en variant med lyshæmning omkring området. Forskerne kombinerede to stråler med et særligt lysfølsomt materiale og fremstillede fine linjer samt tredimensionelle forsøgsstrukturer.

De to lysstrålers opgaver

Den ene stråle starter polymeriseringen, mens den anden hæmmer den i omgivelserne. Dermed kan grænsen for den skrevne linje fastlægges mere præcist. Strålernes placering og styrke blev nøje justeret under forsøget.

Detaljer om det optiske udstyr

Den aktiverende stråle kom fra en femtosekundlaser med en bølgelængde på 525 nanometer, mens den hæmmende kom fra en pikosekundlaser på 532 nanometer. Forskellen mellem lysvejene gav en forsinkelse på omkring 2700 pikosekunder. Forskerne brugte en rumlig lysmodulator (SLM) og Zernike-polynomier til at korrigere bølgefrontens afvigelser og overvågede strålernes justering, effektudsving og forskydninger i opstillingen.

Lysfølsomt materiale

Forsøget anvendte et materiale med monomeren PETA og stoffet BTPOS. BTPOS fungerer som radikalfanger og bidrager til at mindske uønsket tværbinding. Resultater fra denne blanding og opstilling gælder ikke automatisk for alle materialer.

Forsøgsstrukturer

Holdet fremstillede tætliggende linjer og tredimensionelle strukturer med krydsende stave i flere lag. Stavenes laterale afstand var 300–225 nanometer. Sådanne forsøg viser, hvor godt små detaljer tæt på hinanden kan holdes adskilt.

Kilde: Optica

Målte resultater

Ifølge artiklens resumé blev en lateral opløsning på cirka 100 nanometer opnået ved 100 mikrometer i sekundet. Ved 1000 mikrometer i sekundet var opløsningen stadig omkring 120 nanometer. Den mindste aksiale periode i en tredimensionel forsøgsstruktur var 318,15 nanometer, lidt under den tilsvarende diffraktionsgrænse på 320 nanometer, som artiklen angiver. Dette er laboratorieresultater, ikke dokumentation for hastighed eller pris ved masseproduktion.

Mulige anvendelser

Hurtig og præcis fremstilling af små strukturer kan gavne forskning i mikrolinser, fotoniske krystaller, optiske enheder og metamaterialer. Forskerne nævner også optiske bølgeledere til skærme for virtuel og udvidet virkelighed. For faktiske produkter skal reproducerbarhed, materialernes holdbarhed og omkostninger undersøges særskilt.

Datalagring

Mikrostrukturering kan på længere sigt blive relevant for forskning i dele til lagringsenheder. Artiklen viser dog ikke, at kapaciteten i kommercielle harddiske forbedres, eller at en bestemt lagringsenhed kan fremstilles med metoden.

VR, AR og optiske dele

Præcise små strukturer kan være nyttige ved udformning af optiske komponenter til VR og AR. Forsøget beviser endnu ikke, at forbrugerprodukter snart får bedre ydeevne eller lavere pris.

Forskerne

Forfatterne er Xi Liu, Qiulan Liu, Mengdi Luo, Liang Xu, Cuifang Kuang og Xu Liu. Deres institutioner omfatter blandt andet Zhejiang University og Zhejiang Lab i Kina.

En virksomhed i branchen

Følgende virksomhed nævnes som et eksempel fra datalagringsbranchen. Det betyder ikke, at den deltog i undersøgelsen eller har indført den nye metode i sine produkter.

Seagate Technology Holdings

Seagate Technology Holdings (STX ) leverer lagringsenheder og tilknyttede tjenester. Alene denne undersøgelse giver ikke grundlag for at forudsige virksomhedens produktplaner, resultater eller en stigende aktiekurs.

Seneste nyt om Seagate Technology Holdings

Hvad viser forskningen?

Kombinationen af to lysstråler og et lysfølsomt materiale gjorde det muligt at skabe fine linjer og tredimensionelle strukturer med høj præcision. Det er et interessant fremskridt for forskning i fremstilling af optiske dele. Tidspunktet for kommercialisering og ydeevnen i færdige produkter kræver yderligere undersøgelser. Læs andre artikler om nanoteknologi her.

Refereret undersøgelse

^{1. Liu, X., Liu, Q., Luo, M., Xu, L., Kuang, C. og Liu, X. (2025). ”Super-resolution direct laser writing via multiphoton and peripheral photoinhibition photolithography”. Optics Letters 50(5), 1675–1678. https://doi.org/10.1364/OL.552034.}