Doorbraak in Lasergravure – Onovertroffen Snelheid en Precisie Bereikt

Onderzoekers in China hebben een methode voor direct laserschrijven beschreven die twee lichtbundels gebruikt om zeer kleine structuren te maken. Volgens hun artikel in Optics Letters bereikten zij een laterale resolutie van ongeveer 100 nanometer bij een schrijfsnelheid van 100 micrometer per seconde. De aanpak kan nuttig zijn voor onderzoek naar nauwkeurige optische onderdelen, maar toepassing in een bepaald commercieel product is nog niet aangetoond.

Wat is direct laserschrijven?

Bij direct laserschrijven, of DLW, wordt gericht licht gebruikt om lichtgevoelig materiaal op de gewenste plaats te laten uitharden. Met een methode op basis van meerdere fotonen zijn kleine twee- en driedimensionale structuren te vormen. Voor een hogere resolutie moet het gewenste gebied voldoende worden belicht, terwijl het materiaal ernaast niet onbedoeld uithardt.

Een beperking van eerdere methoden

Een krachtige laserbundel kan ook het gebied naast het doel beïnvloeden. Daardoor is het moeilijk om lijnen die zeer dicht bij elkaar liggen afzonderlijk te vormen. In dit onderzoek werd een tweede lichtbundel toegevoegd die polymerisatie aan de rand afremt.

De onderzochte aanpak

Het artikel ‘Super-resolution direct laser writing via multiphoton and peripheral photoinhibition photolithography’¹ behandelt schrijven met meerdere fotonen en schrijven met lichtremming rondom het doelgebied. De onderzoekers combineerden twee bundels met speciaal lichtgevoelig materiaal en maakten fijne lijnen en driedimensionale proefstructuren.

De taak van de twee bundels

De ene bundel begint de polymerisatie, terwijl de andere die in het omliggende gebied onderdrukt. Zo kan de grens van de geschreven lijn nauwkeuriger worden bepaald. De uitlijning en intensiteit van de bundels werden in de proef zorgvuldig afgesteld.

Details van de optische opstelling

Voor de belichting werd een femtosecondelaser met een golflengte van 525 nanometer gebruikt; de remmende bundel kwam van een picosecondelaser van 532 nanometer. Het verschil tussen de optische paden veroorzaakte een vertraging van ongeveer 2700 picoseconden. De onderzoekers gebruikten een ruimtelijke lichtmodulator (SLM) en Zernike-polynomen om afwijkingen van het golffront te corrigeren en bewaakten uitlijning, vermogensschommelingen en verschuivingen van de opstelling.

Het lichtgevoelige materiaal

Het experiment gebruikte een materiaal met het monomeer PETA en de stof BTPOS. BTPOS werkt als een vanger van radicalen en helpt ongewenste verknoping te verminderen. Resultaten met deze samenstelling en opstelling zijn niet automatisch geldig voor ieder materiaal.

Proefstructuren

Het team maakte lijnen die dicht bij elkaar liggen en driedimensionale structuren van kruislings gestapelde staafjes. Hun onderlinge laterale afstand liep van 300 tot 225 nanometer. Zulke proeven laten zien in hoeverre kleine aangrenzende onderdelen bij het maken gescheiden blijven.

Bron: Optica

Gemeten resultaten

Volgens de samenvatting van het artikel werd bij 100 micrometer per seconde een laterale resolutie van circa 100 nanometer bereikt. Bij 1000 micrometer per seconde was dat nog ongeveer 120 nanometer. De kleinste axiale periode van de driedimensionale proefstructuur bedroeg 318,15 nanometer, net onder de overeenkomstige diffractielimiet van 320 nanometer die het artikel noemt. Dit zijn laboratoriumresultaten, geen bewijs voor snelheid of kosten bij massaproductie.

Mogelijke toepassingen

Het snel en nauwkeurig maken van kleine structuren kan onderzoek naar microlenzen, fotonische kristallen, optische apparaten en metamaterialen ondersteunen. De onderzoekers noemen ook optische golfgeleiders voor schermen voor virtuele en aangevulde realiteit. Voor werkelijke producten moeten herhaalbaarheid, materiaalstabiliteit en kosten nog afzonderlijk worden beoordeeld.

Gegevensopslag

Het vervaardigen van microstructuren kan op langere termijn van belang zijn voor onderzoek naar onderdelen van opslagapparaten. Dit onderzoek toont echter geen hogere capaciteit van commerciële harde schijven of een nieuwe productiemethode voor een bepaald opslagapparaat aan.

VR, AR en optische onderdelen

Nauwkeurige microstructuren kunnen nuttig zijn bij het ontwerp van optische onderdelen voor VR en AR. De proefopstelling bewijst nog niet dat consumentenapparaten binnenkort betere prestaties leveren of goedkoper worden.

De onderzoekers

De auteurs zijn Xi Liu, Qiulan Liu, Mengdi Luo, Liang Xu, Cuifang Kuang en Xu Liu. Hun instellingen omvatten onder meer Zhejiang University en Zhejiang Lab in China.

Een bedrijf uit de sector

Het volgende bedrijf is een voorbeeld uit de gegevensopslagsector. Het nam niet noodzakelijk deel aan het onderzoek en heeft de nieuwe methode daarmee niet aantoonbaar in producten ingevoerd.

Seagate Technology Holdings

Seagate Technology Holdings (STX ) levert opslagapparaten en bijbehorende diensten. Op basis van deze studie alleen kunnen zijn productplannen, resultaten of een stijging van de aandelenkoers niet worden voorspeld.

Laatste nieuws over Seagate Technology Holdings

Wat toont het onderzoek aan?

De combinatie van twee lichtbundels en lichtgevoelig materiaal maakte fijne lijnen en nauwkeurige driedimensionale structuren mogelijk. Dit is een interessante stap voor onderzoek naar de productie van optische onderdelen. Het tijdstip van commercialisering en de prestaties in echte producten vergen nader onderzoek. Andere artikelen over nanotechnologie staan hier.

Geciteerde studie

^{1. Liu, X., Liu, Q., Luo, M., Xu, L., Kuang, C. en 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.}