Percée dans l’écriture laser – Vitesse et précision inégalées atteintes

Une équipe d’ingénieurs du Zhejiang Lab et de l’Université de Zhejiang en Chine a dévoilé une nouvelle méthode d’écriture laser directe qui exploite des faisceaux doubles pour améliorer la précision. Le système amélioré pourrait permettre aux ingénieurs de fabriquer des optiques plus résistantes et puissantes, des systèmes de mémoire, et bien plus encore. Voici ce que vous devez savoir.

Écriture laser directe

L’écriture laser directe ou lithographie multiphoton est un procédé de fabrication qui consiste à utiliser des lasers pour induire une polymérisation 3D précise dans les matériaux. Ces faisceaux permettent aux ingénieurs de créer des marquages contrôlés et d’autres dommages afin de fournir une réponse optique exacte.
De manière impressionnante, ces systèmes peuvent produire des conceptions complexes plus fines qu’un cheveu humain. En conséquence, ils sont idéaux pour la fabrication de composants optiques et d’autres équipements précis utilisés dans l’électronique actuelle.

Problèmes avec les méthodes actuelles d’écriture laser directe

L’écriture laser directe est un procédé de fabrication précieux utilisé dans de nombreuses industries aujourd’hui. Cependant, elle présente de nombreuses limites qui ont ralenti son adoption et son innovation. Tout d’abord, la méthode la plus courante utilise des obturateurs pour interrompre le laser lorsqu’il n’est pas nécessaire.
Malheureusement, cette approche entraîne un débordement des photons du laser pendant le processus, réduisant la qualité et la capacité à réduire la taille des conceptions. De plus, ce débordement peut provoquer une exposition indésirable et diminuer la précision du design.

Détails de l’étude

Les ingénieurs à l’origine de l’étude Super-resolution direct laser writing via multiphoton and peripheral photoinhibition photolithography¹ publiée dans Optics Letters, cherchent à inaugurer une nouvelle ère de AR/VR et d’autres technologies avancées. L’étude présente une approche DLW 3D super-résolution qui améliore considérablement les performances par rapport à ses prédécesseurs. Ce processus amélioré pourrait ouvrir la voie à de meilleurs VR, optiques, ordinateurs, et bien plus encore.

Configuration optique à double faisceau

Le scientifique a présenté une configuration optique à double faisceau utilisant un laser femtoseconde de 525 nm comme source de lumière d’excitation. Ce laser fonctionnait en tandem avec un laser picoseconde de 532 nm. Ce dernier faisceau est utilisé pour arrêter les zones de polymérisation entourant la région exposée au laser.
Le choix d’utiliser une DLW multiphoton et une DLW avec photoinhibition périphérique offre aux ingénieurs des avantages significatifs tels qu’un contrôle accru. Plus précisément, l’équipe devait suivre et ajuster l’intensité du laser, la mise au point, l’alignement, les fluctuations de puissance, la dérive et l’effet de mémoire pour obtenir les résultats souhaités.

Photoresist

Les ingénieurs ont créé un photoresist qui intègre le PETA combiné à un matériau appelé BTPOS. Notamment, les photoresists sont des matériaux photosensibles qui jouent un rôle essentiel dans les microprocesseurs actuels et d’autres électroniques de haute technologie. Dans cette expérience, le but principal était d’empêcher le réticulage lors de la création de motifs linéaires nanoscopiques à haute résolution.

Modulateur spatial de lumière (SLM)

Les ingénieurs ont affiné l’ensemble en utilisant un modulateur spatial de lumière. Cet élément matériel est chargé de moduler la lumière d’excitation et d’inhibition. Le réglage fin a été amélioré après que l’équipe a ajouté des polynômes de Zernike au SLM. Cette étape a permis à l’équipe de corriger les aberrations du front d’onde et de stabiliser les faisceaux.

Fonctionnement du système

Le DLW amélioré fonctionne en utilisant les deux lasers en tandem. D’abord, le laser femtoseconde imite un commutateur à retard de 2700 ps avant de déclencher le laser picoseconde. Notamment, les lasers ont également des chemins optiques légèrement différents. Cette approche permet des impressions à haute résolution et précision à l’échelle nanométrique.

Test d’écriture laser directe

Pour tester leur théorie, les ingénieurs ont créé plusieurs nanostructures. L’équipe a commencé par imprimer des piles de bois nanoscopiques en utilisant un espacement latéral des tiges de 300 nm à 225 nm. Les piles de bois nanoscopiques constituent un scénario de test idéal car elles démontrent la complexité et la finesse de la création de conceptions nanoscopiques où les lignes doivent s’intersecter et s’empiler les unes sur les autres. Fait intéressant, les ingénieurs ont fixé la résolution axiale limitée à 320 nm, permettant des résultats impressionnants.

Source – Optica

Résultats du test d’écriture laser directe

Les résultats prouvent qu’un système intégrant un photoresist avec un photoinitiateur épuisable et un piégeur de radicaux est capable de produire une écriture laser avec une vitesse et une résolution sans précédent. Plus précisément, l’appareil a démontré une résolution latérale de 100 nm à une vitesse d’impression de 100 µm/s. Notamment, la précision de l’imprimante n’a ralenti que légèrement lorsqu’elle a été accélérée à 1000 μm/s.

Avantages de l’écriture laser directe

Le système d’écriture laser directe amélioré pourrait apporter de nombreux avantages au marché. Tout d’abord, il est beaucoup plus rapide que les méthodes à laser unique. La capacité de fabriquer rapidement des pièces de test ou de rechange constitue un atout majeur pour cette technologie.

Haute précision

La méthode DLW améliorée augmentera la capacité des ingénieurs à créer et intégrer des éléments optiques complexes. Des satellites aux capteurs de votre téléphone, cette technologie devrait offrir des capacités supplémentaires à de nombreuses technologies dont vous dépendez quotidiennement. Les ingénieurs pourront fabriquer des lentilles et d’autres dispositifs plus petits et plus précis.

Applications réelles et calendrier

Il existe de nombreuses applications pour cette technologie. La demande d’optiques avancées continue de croître. Du secteur militaire au secteur commercial, les ingénieurs exigent des lentilles et d’autres composants plus petits et plus précis.
En conséquence, cette technologie a le potentiel de révolutionner les solutions de stockage de données et les dispositifs photoniques. Notamment, les ingénieurs prévoient une forte intégration commerciale au cours des 3 à 6 prochaines années.

Stockage de données

Les disques durs à écriture laser bénéficieront d’un important gain de capacités lorsque cette technologie deviendra courante. Ces dispositifs gravent de petites marques qui peuvent être lues et traduites en données. La capacité à rendre ces lignes plus petites et plus précises ouvre la voie à une performance et une capacité accrues pour les futurs disques durs.

VR et AR

Les marchés VR et AR connaîtront d’importantes améliorations grâce à cette technologie. Déjà, l’équipe a envisagé d’utiliser cette technologie pour améliorer les dispositifs de guides d’ondes optiques utilisés dans les affichages VR. Les unités améliorées offriraient une structuration haute résolution associée à précision et efficacité économique.

Fabrication de dispositifs photoniques

Cette technologie réduira le coût de fabrication des microlentilles, des cristaux photoniques, des dispositifs micro-optiques et d’autres appareils de haute technologie. La capacité à créer des gravures nanométriques de manière constante et à moindre coût que les options actuelles stimulera l’innovation et contribuera à créer des dispositifs photoniques encore plus puissants et résilients.

Chercheurs en écriture laser directe

Des ingénieurs du Zhejiang Lab et de l’Université de Zhejiang en Chine ont mené la recherche sur l’amélioration de l’écriture laser directe. Plus précisément, une équipe dirigée par Xi Liu, Qiulan Liu, Mengdi Luo, Liang Xu, Cuifang Kuang et Xu Liu a travaillé ensemble pour vérifier leurs résultats. Désormais, l’objectif est de dépasser des vitesses de 10 et 100 mm/s au cours de l’année à venir.

Entreprises leaders de l’innovation en écriture laser

Plusieurs entreprises s’appuient sur l’écriture laser directe pour produire leurs produits et services. Ces sociétés jouent un rôle essentiel dans leurs industries, offrant des solutions de haute technologie qui contribuent à la croissance économique.
Des capteurs aérospatiaux aux lunettes intelligentes et tout le reste, les fabricants de DLW font la différence. Voici une entreprise qui a acquis une réputation d’innovateur et de leader bien positionné sur le marché.

Seagate Technology Holdings

Seagate Technology Holdings PLC (STX ) est entrée sur le marché en 1979 sous le nom de Shugart Technology, dans le but de fournir des solutions de stockage haute performance à la communauté. L’entreprise a rebaptisé Seagate Technologies Holdings dans le cadre de son virage vers des solutions de stockage de données avancées.
Seagate a été une force pionnière sur le marché. Tout d’abord, elle a été la première entreprise à introduire un disque dur de 5,25 pouces en 1980 et a dominé le marché des disques durs pendant la majeure partie de cette décennie. L’entreprise a également renforcé sa position grâce à une série d’acquisitions, dont Conner Peripherals en 1996. Par la suite, la société a acquis Maxtor en 2006 et l’activité HDD de Samsung en 2011.