Avance en la Escritura Láser – Velocidad y Precisión Inigualables Alcanzadas

Un equipo de ingenieros del Zhejiang Lab y la Universidad de Zhejiang en China presentó un nuevo método de escritura láser directa que aprovecha haces duales para mejorar la precisión. El sistema mejorado podría permitir a los ingenieros crear ópticas más resistentes y potentes, sistemas de memoria y más.  Aquí tienes lo que necesitas saber.

Direct Laser Writing

La escritura láser directa o litografía multiphotónica es un proceso de fabricación que consiste en utilizar láseres para inducir una polimerización 3D precisa en materiales. Estos haces permiten a los ingenieros crear marcas controladas y otros daños para proporcionar una respuesta óptica exacta.
Impresionantemente, estos sistemas pueden producir diseños intrincados que son más finos que un cabello humano. Como tal, son ideales para la fabricación de componentes ópticos y otros equipos precisos utilizados en la electrónica actual.

Problems with Current Direct Laser Writing Methods

La escritura láser directa es un proceso de fabricación valioso que se utiliza en múltiples industrias hoy en día. Sin embargo, tiene muchas limitaciones que han ralentizado su adopción e innovación. Por un lado, el método más común utiliza persianas para interrumpir el láser cuando no se necesita.
Desafortunadamente, este enfoque genera un derrame de fotones del láser durante el proceso, reduciendo la calidad y la capacidad de miniaturizar los diseños. Además, el derrame puede producir exposiciones no deseadas y disminuir la precisión del diseño.

Details of the Study

Los ingenieros detrás del estudio Super-resolution direct laser writing via multiphoton and peripheral photoinhibition photolithography¹ publicado en Optics Letters, buscan inaugurar una nueva era de AR/VR y otras tecnologías avanzadas. El estudio presenta un enfoque de escritura láser directa 3D de superresolución que mejora el rendimiento considerablemente en comparación con sus predecesores. Este proceso mejorado podría abrir la puerta a mejores VR, ópticas, computadoras y mucho más.

Dual-Beam Optical Setup

El científico presentó una configuración óptica de doble haz que utilizó un láser femtosegundo de 525 nm como fuente de luz de excitación.  Este láser trabajó en conjunto con un láser picosegundo de 532 nm. Este último haz se usa para detener las áreas de polimerización que rodean la región expuesta al láser.
La elección de utilizar una escritura láser directa multiphotón y DLW con fotoinhibición periférica brinda a los ingenieros beneficios significativos, como mayor control. Específicamente, el equipo necesitó rastrear y ajustar la intensidad del láser, el enfoque, la alineación,  la fluctuación de potencia,  la deriva y el efecto de memoria para lograr los resultados deseados.

Photoresist

Los ingenieros crearon una fotoresina que integra PETA combinada con un material llamado BTPOS. Cabe destacar que las fotoresinas son materiales fotosensibles que desempeñan un papel vital en los microchips actuales y otras electrónica de alta tecnología. En este experimento, el objetivo principal era evitar el entrecruzamiento al crear patrones de líneas de alta resolución a escala nanométrica.

Spatial Light Modulator (SLM)

Los ingenieros ajustaron todo utilizando un modulador espacial de luz. Este componente de hardware se encarga de modular la luz de excitación e inhibición. El ajuste fino se mejoró después de que el equipo añadiera polinomios de Zernike al SLM. Ese paso permitió al equipo corregir aberraciones de la frente de onda y estabilizar los haces.

How the System Works

El DLW mejorado funciona utilizando ambos láseres en conjunto. Primero, el láser femtosegundo simula un interruptor de retardo de 2700 ps antes de lanzar el láser picosegundo.  Cabe destacar que los láseres también tienen rutas ópticas ligeramente diferentes. Este enfoque permite impresiones de alta resolución y precisión a escala nanométrica.

Direct Laser Writing Test

Para probar su teoría, los ingenieros crearon varias nanoestructuras. El equipo comenzó imprimiendo pilas de madera a escala nanométrica utilizando un espaciado lateral de varillas de 300 nm a 225 nm. Las pilas de madera a escala nanométrica son un escenario de prueba ideal, ya que demuestran la complejidad e intrincación de crear diseños nanométricos donde las líneas deben intersectarse y apilarse unas sobre otras. Curiosamente, los ingenieros establecieron una resolución axial limitada de fracción de 320 nm, lo que permitió obtener resultados impresionantes.

Fuente – Optica

Direct Laser Writing Test Results

Los resultados demuestran que un sistema que integra una fotoresina con un fotoiniciador agotable y un atenuador de radicales es capaz de producir escritura láser con una velocidad y resolución sin precedentes. Específicamente, el dispositivo mostró una resolución lateral de 100 nm a velocidades de impresión de 100 µm/s. Cabe destacar que la precisión de la impresora solo disminuyó ligeramente al acelerarse a 1000 μm/s.

Direct Laser Writing Benefits

Hay muchos beneficios que el sistema de escritura láser directa mejorado podría introducir al mercado. En primer lugar, es mucho más rápido que los métodos de láser único. La capacidad de fabricar rápidamente piezas de prueba o de repuesto es un gran atractivo de esta tecnología.

High-Precision

El método DLW mejorado aumentará la capacidad de los ingenieros para crear e integrar elementos ópticos complejos. Desde satélites hasta los sensores de tu teléfono, esta tecnología debería proporcionar capacidades adicionales a muchas de las tecnologías de las que dependes a diario. Los ingenieros podrán fabricar lentes y otros dispositivos más pequeños y precisos.

Real-World Applications & Timeline

Existe una gran cantidad de aplicaciones para esta tecnología. La demanda de ópticas avanzadas sigue en aumento. Desde el sector militar hasta el comercial, los ingenieros exigen lentes y otros componentes más pequeños y precisos.

Como tal, esta tecnología tiene el potencial de revolucionar las soluciones de almacenamiento de datos y los dispositivos fotónicos. Cabe destacar que los ingenieros pronostican una fuerte integración comercial en los próximos 3‑6 años.

Data Storage

Los discos duros con escritura láser obtendrán un gran impulso en sus capacidades cuando esta tecnología se generalice. Estos dispositivos graban pequeñas marcas que pueden ser detectadas y traducidas en datos. La capacidad de hacer estas líneas más pequeñas y precisas abre la puerta a un mayor rendimiento y capacidad en futuros discos duros.

VR and AR

Los mercados de VR y AR experimentarán importantes mejoras al utilizar esta tecnología. Ya, el equipo ha discutido el uso de esta tecnología para mejorar los dispositivos de guía de ondas ópticas utilizados en pantallas de VR. Las unidades mejoradas proporcionarían una estructuración de alta resolución combinada con precisión y eficiencia de costos.

Photonic Device Manufacturing

Esta tecnología reducirá el precio de fabricación de microlentes, cristales fotónicos, dispositivos microópticos y otros dispositivos de alta tecnología. La capacidad de crear grabados a nanoescala de forma constante y a un costo menor que las opciones actuales impulsará la innovación y ayudará a crear dispositivos fotónicos aún más potentes y resistentes.

Direct Laser Writing Researchers

Ingenieros del Zhejiang Lab y la Universidad de Zhejiang en China llevaron a cabo la investigación de la mejora de la escritura láser directa. Específicamente, un equipo liderado por Xi Liu, Qiulan Liu, Mengdi Luo, Liang Xu, Cuifang Kuang y Xu Liu trabajó conjuntamente para verificar sus hallazgos. Ahora, el objetivo es superar velocidades de 10 y 100 mm/s en el próximo año.

Companies Leading Innovation in Laser Writing

Varias empresas dependen de la escritura láser directa para producir sus productos y servicios. Estas compañías juegan un papel vital en sus industrias, proporcionando soluciones de alta tecnología que ayudan a mantener el crecimiento económico.

Desde sensores aeroespaciales hasta gafas inteligentes y todo lo demás, los fabricantes de DLW están marcando la diferencia. Aquí hay una empresa que ha consolidado una reputación como líder de mercado innovador y bien posicionado.

Seagate Technology Holdings

Seagate Technology Holdings PLC (STX ) ingresó al mercado en 1979 como Shugart Technology, con la intención de ofrecer opciones de almacenamiento de alto rendimiento a la comunidad. La empresa se renombró a Seagate Technologies Holdings como parte de su giro hacia soluciones avanzadas de almacenamiento de datos.

Seagate ha sido una fuerza pionera en el mercado. Por un lado, fue la primera empresa en introducir un HDD de 5,25 pulgadas en 1980 y dominó el mercado de discos duros durante la mayor parte de esa década. La compañía también ha reforzado su posición mediante una serie de adquisiciones, incluyendo Conner Peripherals en 1996. A partir de ahí, la empresa adquirió Maxtor en 2006 y el negocio de HDD de Samsung en 2011.