レーザー書き込みのブレークスルー - 比類のない速度と精度を実現

中国浙江省浙江研究所と浙江大学のエンジニアチームが、デュアルビームを活用して精度を向上させる、画期的なレーザー直接描画方式を発表しました。この改良されたシステムにより、エンジニアはより耐久性と性能に優れた光学系やメモリシステムなどを開発できるようになると期待されています。その概要をご紹介します。

直接レーザー書き込み

直接レーザー書き込みまたはマルチフォトン リソグラフィーは、レーザーを利用して材料に正確な 3D 重合を誘発する製造プロセスです。これらのビームにより、エンジニアは制御されたマーキングやその他の損傷を施し、正確な光学応答を実現できます。

驚くべきことに、これらのシステムは人間の髪の毛よりも細い複雑なデザインを作製できます。そのため、今日の電子機器に利用されている光学部品やその他の精密機器の製造に最適です。

現在の直接レーザー書き込み方法の問題点

レーザーによる直接書き込みは、現在さまざまな業界で使用されている貴重な製造プロセスです。しかし、多くの制限があり、さらなる採用と革新が遅れています。たとえば、最も一般的な方法では、必要のないときにレーザーを遮断するブラインドを使用します。

残念なことに、このアプローチでは、プロセス中にレーザー光子がにじみ出て、品質が低下し、設計を縮小する能力が低下します。さらに、にじみによって不要な露出が生じ、設計の精度が低下する可能性があります。

調査の詳細

背後にいるエンジニア達 多光子および周辺光抑制フォトリソグラフィーによる超解像度直接レーザー書き込み¹ Optics Letters で発表されたこの研究は、AR/VR やその他の高度なテクノロジーの新時代を先導することを目指しています。この研究では、従来のものに比べてパフォーマンスが大幅に向上する超解像度 3D DLW アプローチが紹介されています。このアップグレードされたプロセスにより、VR、光学、コンピューターなど、より優れたものへの扉が開かれる可能性があります。

デュアルビーム光学セットアップ

科学者は、励起光源として 525 nm フェムト秒レーザーを使用するデュアルビーム光学セットアップを導入しました。このレーザーは、532 nm ピコ秒レーザーと連携して動作します。後者のビームは、レーザー照射領域の周囲の重合領域を停止するために使用されます。

マルチフォトン DLW と周辺光抑制機能付き DLW を利用するという選択は、エンジニアに制御性の向上などの大きなメリットをもたらします。具体的には、チームは望ましい結果を得るために、レーザーの強度、焦点、位置合わせ、電力変動、ドリフト、メモリ効果を追跡して調整する必要がありました。

フォトレジスト

エンジニアたちは、PETAとBTPOSと呼ばれる材料を組み合わせたフォトレジストを開発しました。フォトレジストは感光性材料であり、今日のマイクロチップやその他のハイテク電子機器において重要な役割を果たしています。この実験の主な目的は、ナノスケールの高解像度ラインパターンを作成する際に架橋を防ぐことでした。

空間光変調器 (SLM)

エンジニアたちは空間光変調器を利用してすべてを微調整しました。このハードウェアは励起光と抑制光を変調する役割を担っています。チームがゼルニケ多項式を SLM に追加した後、微調整が改善されました。このステップにより、チームは波面収差を補正し、ビームを安定させることができました。

システムの仕組み

アップグレードされた DLW は、両方のレーザーを連携して使用することで機能します。まず、フェムト秒レーザーは、ピコ秒レーザーを発射する前に 2700 ps の遅延スイッチを模倣します。注目すべきは、レーザーの光路もわずかに異なることです。このアプローチにより、ナノスケールでの高解像度で精密な印刷が可能になります。

直接レーザー書き込みテスト

エンジニアたちは理論をテストするために、いくつかのナノ構造を作成しました。チームはまず、300 nm から 225 nm の横方向のロッド間隔を使用して、ナノスケールの木の山を印刷しました。ナノスケールの木の山は、線が交差して互いに積み重なるナノスケールのデザインを作成する複雑さと精巧さを示すため、理想的なテスト シナリオです。興味深いことに、エンジニアたちは 320 nm という分数制限の軸方向解像度を設定し、印象的な結果を実現しました。

出典 – Optica

直接レーザー書き込みテスト結果

結果は、フォトレジスト、消耗性光開始剤、ラジカル消去剤を統合したシステムが、これまでにない速度と解像度でレーザー描画を行えることを証明しました。具体的には、このデバイスは100µm/sの印刷速度で100nmの横方向解像度を実現しました。注目すべきは、1000µm/sまで速度を上げてもプリンターの精度はわずかに低下しただけだったことです。

直接レーザー書き込みの利点

改良された直接レーザー描画システムが市場にもたらすメリットは数多くあります。例えば、単一レーザー方式よりもはるかに高速です。テスト部品や交換部品を迅速に製造できることは、この技術の大きな魅力です。

高精度

改良されたDLW法は、エンジニアの複雑な光学素子の製造・統合能力を向上させます。衛星からスマートフォンのセンサーまで、この技術は私たちが日常的に利用する多くのテクノロジーに新たな機能を提供するはずです。エンジニアは、より小型で高精度なレンズやその他のデバイスを製造できるようになります。

実際のアプリケーションとタイムライン

彼の技術にはさまざまな用途があります。高度な光学機器の需要は高まり続けています。軍事から商業部門まで、エンジニアはより小型でより正確なレンズやその他の部品を求めています。

そのため、この技術はデータ ストレージ ソリューションとフォトニック デバイスに革命を起こす可能性を秘めています。特に、エンジニアは今後 3 ～ 6 年以内に強力な商業統合が実現すると予測しています。

データストレージ

レーザー書き込みハードドライブは、この技術が主流になれば、その機能が大幅に向上します。これらのデバイスは、拾ってデータに変換できる小さなマークをエッチングします。これらの線をより小さく、より正確に作成できると、将来のハードドライブのパフォーマンスと容量が向上する可能性が高まります。

VRとAR

VR および AR 市場では、この技術を利用した大幅なアップグレードが見られるでしょう。すでにチームは、この技術を利用して VR ディスプレイで使用される光導波路デバイスをアップグレードすることを検討しています。強化されたユニットは、精度とコスト効率を兼ね備えた高解像度の構造を提供します。

フォトニックデバイス製造

この技術により、マイクロレンズ、フォトニクス結晶、マイクロ光学デバイス、その他のハイテクデバイスの製造コストが削減されます。ナノサイズのエッチングを現在の方法よりも低コストで安定的に実現できることは、イノベーションを促進し、より強力で耐久性の高いフォトニックデバイスの実現に貢献します。

直接レーザー書き込み研究者

中国の浙江研究所と浙江大学のエンジニアが、レーザー直接書き込みのアップグレード研究を主催しました。具体的には、Xi Liu、Qiulan Liu、Mengdi Luo、Liang Xu、Cuifang Kuang、Xu Liu が率いるチームが協力して研究結果を検証しました。現在、目標は来年中に 10 mm/秒と 100 mm/秒を超える速度を達成することです。

レーザーライティングの革新をリードする企業

多くの企業が、自社の製品やサービスを生産するためにレーザー直接書き込みを利用しています。これらの企業は、経済成長の維持に役立つハイテク ソリューションを提供することで、業界で重要な役割を果たしています。

航空宇宙用センサーからスマートグラスまで、あらゆる分野でDLWメーカーは変化をもたらしています。革新的で優位な市場リーダーとしての評判を確立した企業をご紹介します。

シーゲイト・テクノロジー・ホールディングス

シーゲイトテクノロジーホールディングスPLC (STX + 0.34％) 1979 年に Shugart Technology として市場に参入し、コミュニティに高性能ストレージ オプションを提供することを目指しました。同社は、高度なデータ ストレージ ソリューションへの方向転換の一環として、Seagate Technologies Holdings にブランド名を変更しました。

シーゲイトは市場においてパイオニアとして確固たる地位を築いてきました。例えば、5.25年に1980インチHDDを初めて導入し、その1996年間の大半にわたりHD市場を席巻しました。また、2006年のコナー・ペリフェラルズ買収をはじめとする一連の買収を通じて、その地位をさらに強化してきました。さらに、2011年にはマックストア、XNUMX年にはサムスンのHDD事業を買収しました。

Seagate Technology Holdings は、現在、幅広い製品を市場に提供しています。具体的には、個人から企業まで、ストレージ デバイス、システム、サービスを提供しています。同社は、DLW の調査結果を統合し、今後数年間で製品を大幅に改善する可能性があります。そのため、多くのアナリストは STX を強力な「追加」と見ています。

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デュアルビーム直接レーザー書き込みが新技術への扉を開く

レーザーを利用してレーザーの漏れを防ぐという概念は、少々突飛に思えるかもしれませんが、このチームはそれが非常にうまく機能することを実証しました。彼らのプリンターは、精度の点でこれまでのすべてのナノ印刷能力を超えており、デュアルビーム方式が実行可能なオプションであることを証明しました。

今後数か月で、この技術革新が多くの業界に大幅な機能強化をもたらすことが期待されます。今のところ、このエンジニア チームの努力は称賛に値します。

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参照された研究:

1. ^{Liu, X., Liu, Q., Luo, M., Xu, L., Kuang, C., & Liu, X. (2025). 多光子および周辺光抑制フォトリソグラフィーによる超解像度直接レーザー書き込み。 光学レターズ、50(5), 1675-1678. https://doi.org/10.1364/OL.50.01675}