Doorbraak in Lasergravure – Onovertroffen Snelheid en Precisie Bereikt

Een team van ingenieurs van Zhejiang Lab en Zhejiang University in China onthulde een nieuwe directe lasergravure-methode die gebruikmaakt van dubbele stralen om de nauwkeurigheid te verbeteren. Het geüpgradede systeem zou ingenieurs in staat kunnen stellen robuustere en krachtigere optica, geheugensystemen en meer te maken.  Hier is wat u moet weten.

Directe Lasergravure

Directe lasergravure of multiphoton-lithografie is een productieproces dat gebruikmaakt van lasers om precieze 3D-polymerisatie in materialen te veroorzaken. Deze stralen stellen ingenieurs in staat gecontroleerde markeringen en andere schade aan te brengen om een exacte optische respons te bieden.
Indrukwekkend kunnen deze systemen ingewikkelde ontwerpen produceren die dunner zijn dan een menselijk haar. Daarom zijn ze ideaal voor de productie van optische componenten en andere precieze apparatuur die in de hedendaagse elektronica wordt gebruikt.

Problemen met Huidige Directe Lasergravuremethoden

Directe lasergravure is een waardevol productieproces dat vandaag de dag in meerdere industrieën wordt gebruikt. Het heeft echter veel beperkingen die verdere adoptie en innovatie hebben vertraagd. Ten eerste maakt de meest gangbare methode gebruik van afsluiters om de laser te onderbreken wanneer deze niet nodig is.
Helaas leidt deze aanpak tot uitlopen van laserfotonen tijdens het proces, waardoor de kwaliteit en de mogelijkheid om ontwerpen te verkleinen afnemen. Bovendien kan het uitlopen ongewenste blootstelling veroorzaken en de nauwkeurigheid van het ontwerp verminderen.

Details van de Studie

De ingenieurs achter de Superresolutie directe lasergravure via multiphoton en perifere fotoinhibitie-fotolithografie¹ studie, gepubliceerd in Optics Letters, streven ernaar een nieuw tijdperk van AR/VR en andere geavanceerde technologieën in te luiden. De studie introduceert een superresolutie 3D DLW-benadering die de prestaties aanzienlijk verbetert ten opzichte van eerdere versies. Dit geüpgradede proces zou de deur kunnen openen voor betere VR, optica, computers en nog veel meer.

Dual-Beam Optische Opstelling

De wetenschapper introduceerde een dual-beam optische opstelling die een 525‑nm femtoseconde laser gebruikte als excitatie-lichtbron.  Deze laser werkte in tandem met een 532‑nm picoseconde laser. De laatstgenoemde straal wordt gebruikt om polymerisatiegebieden rond het laserbestralde gebied te stoppen.
De keuze om een multiphoton DLW en DLW met perifere fotoinhibitie te gebruiken biedt ingenieurs aanzienlijke voordelen, zoals extra controleerbaarheid. Concreet moest het team de laserintensiteit, focus, uitlijning,  vermogensfluctuatie,  drift en geheugeneffect volgen en aanpassen om de gewenste resultaten te bereiken.

Fotolak

De ingenieurs creëerden een fotolak die PETA integreert in combinatie met een materiaal genaamd BTPOS. Opmerkelijk is dat fotolakken lichtgevoelige materialen zijn die een cruciale rol spelen in de hedendaagse microchips en andere high‑tech elektronica. In dit experiment was het primaire doel om kruisverbinding te voorkomen bij het maken van nanoschaal hoge‑resolutie lijnpatronen.

Ruimtelijke Lichtmodulator (SLM)

De ingenieurs verfijnden alles met behulp van een ruimtelijke lichtmodulator. Dit hardware‑onderdeel is belast met het moduleren van het excitatie‑ en inhibitie‑licht. De verfijning werd verbeterd nadat het team Zernike‑polynomen aan de SLM toevoegde. Die stap stelde het team in staat golffrontaberraties te corrigeren en de stralen te stabiliseren.

Hoe het Systeem Werkt

De geüpgradede DLW werkt door beide lasers in tandem te gebruiken. Eerst bootst de femtoseconde laser een 2700 ps vertraging-schakelaar na voordat de picoseconde laser wordt gestart.  Opmerkelijk is dat de lasers ook licht verschillende optische paden hebben. Deze aanpak maakt hoge‑resolutie en precieze afdrukken op nanoschaal mogelijk.

Directe Lasergravure Test

Om hun theorie te testen creëerden de ingenieurs verschillende nanostructuren. Het team begon met het printen van nanoschaal houtstapels met een laterale staafafstand van 300 nm tot 225 nm. Nanoschaal houtstapels vormen een ideaal testsituatie omdat ze de complexiteit en fijnzinnigheid van het maken van nanoschaal ontwerpen demonstreren waarbij de lijnen moeten kruisen en op elkaar moeten stapelen. Interessant genoeg stelden de ingenieurs de fractie‑beperkte axiale resolutie in op 320 nm, wat enkele indrukwekkende resultaten mogelijk maakte.

Resultaten van Directe Lasergravure Test

De resultaten tonen aan dat een systeem dat een fotolak combineert met een uitputbare fotoinitiator en een radicaal quencher in staat is lasergravure te produceren met ongekende snelheid en resolutie. Concreet liet het apparaat een laterale resolutie van 100 nm zien bij een printsnelheid van 100 µm/s. Opmerkelijk is dat de nauwkeurigheid van de printer slechts licht afnam bij een versnelling tot 1000 μm/s.

Voordelen van Directe Lasergravure

Er zijn veel voordelen die het geüpgradede directe lasergravure‑systeem op de markt kan brengen. Ten eerste is het veel sneller dan het gebruik van enkele lasermethoden. Het vermogen om snel test- of vervangingsonderdelen te fabriceren is een grote aantrekkingskracht van deze technologie.

Hoge Precisie

De geüpgradede DLW-methode zal het vermogen van ingenieurs verbeteren om complexe optische elementen te creëren en te integreren. Van satellieten tot de sensoren op uw telefoon, deze technologie zou extra mogelijkheden moeten bieden aan veel van de technologieën waar u dagelijks op vertrouwt. Ingenieurs zullen kleinere en nauwkeurigere lenzen en andere apparaten kunnen maken.

Toepassingen in de Praktijk & Tijdlijn

Er zijn tal van toepassingen voor deze technologie. De vraag naar geavanceerde optica blijft toenemen. Van het leger tot de commerciële sector, ingenieurs vragen om kleinere, nauwkeurigere lenzen en andere componenten.
Daarom heeft deze technologie het potentieel om opslagoplossingen en fotonische apparaten te revolutioneren. Opmerkelijk is dat de ingenieurs een sterke commerciële integratie binnen de komende 3‑6 jaar voorspellen.

Gegevensopslag

Lasergravure harde schijven zullen een grote boost in mogelijkheden krijgen wanneer deze technologie mainstream wordt. Deze apparaten graveren kleine markeringen die kunnen worden opgepikt en omgezet in data. Het vermogen om deze lijnen kleiner en nauwkeuriger te maken, opent de deur naar verhoogde prestaties en capaciteit van toekomstige harde schijven.

VR en AR

De VR- en AR-markten zullen grote upgrades zien door gebruik van deze technologie. Het team heeft al besproken deze technologie te gebruiken om de optische golfgeleiderapparaten die in VR‑displays worden gebruikt te upgraden. De verbeterde eenheden zouden hoge‑resolutie structuren bieden, gecombineerd met precisie en kostenefficiëntie.

Fotonische Apparaatfabricage

Deze technologie zal de kosten van het vervaardigen van microlenzen, fotonische kristallen, micro‑optische apparaten en andere high‑tech apparaten verlagen. Het vermogen om nanoschaal gravures consistent en tegen lagere kosten dan de huidige opties te creëren, zal innovatie stimuleren en helpen nog krachtigere en robuustere fotonische apparaten te maken.

Onderzoekers van Directe Lasergravure

Ingenieurs van het Zhejiang Lab en Zhejiang University in China organiseerden het onderzoek naar de upgrade van directe lasergravure. Specifiek werkte een team onder leiding van Xi Liu, Qiulan Liu, Mengdi Luo, Liang Xu, Cuifang Kuang en Xu Liu samen om hun bevindingen te verifiëren. Nu is het doel om in het komende jaar snelheden van 10 en 100 mm/s te overschrijden.

Bedrijven die Innovatie in Lasergravure Leiden

Verschillende bedrijven vertrouwen op directe lasergravure om hun producten en diensten te produceren. Deze bedrijven spelen een cruciale rol in hun sectoren en bieden high‑tech oplossingen die bijdragen aan economische groei.
Van sensoren voor de lucht- en ruimtevaart tot slimme brillen en alles daartussenin, DLW-fabrikanten maken een verschil. Hier is één bedrijf dat een reputatie heeft verworven als een innovatieve en goed gepositioneerde marktleider.

Seagate Technology Holdings

Seagate Technology Holdings PLC (STX ) betrad de markt in 1979 als Shugart Technology, met de bedoeling hoogwaardige opslagopties aan de gemeenschap te bieden. Het bedrijf hernoemde zich tot Seagate Technologies Holdings als onderdeel van de verschuiving naar geavanceerde data‑opslagoplossingen.

Seagate is een pionierende kracht in de markt geweest. Zo was het het eerste bedrijf dat in 1980 een 5,25‑inch HDD introduceerde en domineerde het HD‑segment gedurende het grootste deel van dat decennium. Het bedrijf heeft ook zijn positie versterkt via een reeks overnames, waaronder Conner Peripherals in 1996. Daarna verwierf het bedrijf Maxtor in 2006 en de HDD‑activiteiten van Samsung in 2011.