Gjennombrudd i Laserskriving – Uovertruffen Hastighet og Presisjon Oppnådd

A team of engineers from Zhejiang Lab and Zhejiang University in China unveiled a novel direct laser writing method that leverages dual beams to improve accuracy. The upgraded system could enable engineers to make more resilient and powerful optics, memory systems, and more.  Her er det du trenger å vite.

Direkte Laserskriving

Direkte laserskriving eller multiphoton-litografi er en produksjonsprosess som innebærer bruk av lasere for å indusere presis 3D-polymerisering i materialer. Disse strålene gjør det mulig for ingeniører å lage kontrollerte merker og annen påvirkning for å gi en nøyaktig optisk respons.

Imponerende kan disse systemene produsere intrikate design som er tynnere enn et menneskehår. Derfor er de ideelle for produksjon av optiske komponenter og annet presist utstyr som brukes i dagens elektronikk.

Problemer med nåværende metoder for direkte laserskriving

Direkte laserskriving er en verdifull produksjonsprosess som brukes i flere industrier i dag. Den har imidlertid mange begrensninger som har bremset videre adopsjon og innovasjon. For det første bruker den mest vanlige metoden blinds for å avbryte laseren når den ikke er nødvendig.

Dessverre fører denne tilnærmingen til at laserfotoner lekker over under prosessen, noe som reduserer kvaliteten og evnen til å skalere ned design. I tillegg kan lekkasjen forårsake uønsket eksponering og redusere designnøyaktigheten.

Detaljer om studien

Ingeniørene bak studien Super-oppløsning direkte laserskriving via multiphoton og perifer fotoinhibering fotolitografi¹ publisert i Optics Letters, søker å innlede en ny æra av AR/VR og andre avanserte teknologier. Studien introduserer en super‑oppløsnings 3D DLW‑tilnærming som forbedrer ytelsen betydelig sammenlignet med sine forgjengere. Denne oppgraderte prosessen kan åpne døren for bedre VR, optikk, datamaskiner og mye mer.

Dual-beam optisk oppsett

Forskeren introduserte et dual-beam optisk oppsett som benyttet en 525‑nm femtosekundlaser som eksitasjonslyskilde.  Denne laseren arbeidet i tandem med en 532‑nm pikosekundlaser. Den sistnevnte strålen brukes til å stoppe polymeriseringsområder rundt den laser‑eksponerte regionen.

Valget om å bruke en multiphoton DLW og DLW med perifer fotoinhibering gir ingeniører betydelige fordeler som økt kontroll. Spesielt måtte teamet spore og justere laserintensitet, fokus, justering,  kraftfluktuasjon,  drift og minneeffekt for å oppnå ønsket resultat.

Fotolakk

Ingeniørene laget en fotolakk som integrerer PETA kombinert med et materiale kalt BTPOS. Merk at fotolakker er lysfølsomme materialer som spiller en viktig rolle i dagens mikrobrikker og annen høyteknologisk elektronikk. I dette eksperimentet var hovedformålet å forhindre kryssbinding ved fremstilling av nanoskalige høyoppløsningslinjemønstre.

Romlig lysmodulator (SLM)

Ingeniørene finjusterte alt ved hjelp av en romlig lysmodulator. Denne maskinvaren har som oppgave å modulere eksitasjons‑ og inhibisjonslyset. Finjusteringen ble forbedret etter at teamet la til Zernike-polynomer i SLM-en. Dette trinnet gjorde det mulig for teamet å korrigere bølgefrontaberrasjoner og stabilisere strålene.

Hvordan systemet fungerer

Den oppgraderte DLW fungerer ved å bruke begge laserne i tandem. Først imiterer femtosekundlaseren en 2700 ps forsinkelsessvits før den aktiverer pikosekundlaseren.  Merk at laserne også har litt forskjellige optiske baner. Denne tilnærmingen muliggjør høyoppløsnings‑ og presisjonsutskrifter på nanoskalering.

Direkte laserskrivningstest

For å teste teorien deres laget ingeniørene flere nanostrukturer. Teamet begynte med å skrive ut nanoskalige trestabler ved å bruke laterale stangavstander fra 300 nm til 225 nm. Nanoskalige trestabler er et ideelt testscenario da de demonstrerer kompleksiteten og intrikatheten ved å lage nanoskalige design hvor linjene må krysse og stable på hverandre. Interessant nok satte ingeniørene den fraksjonsbegrensede aksiale oppløsningen til 320 nm, noe som muliggjorde noen imponerende resultater.

Kilde – Optica

Resultater fra direkte laserskrivningstest

Resultatene viser at et system som integrerer en fotolakk med en uttømmelig fotoinitiator og en radikal‑quenchere, er i stand til å produsere laserskriving med enestående hastighet og oppløsning. Spesielt demonstrerte enheten 100 nm lateral oppløsning ved utskriftshastigheter på 100 µm/s. Merk at skriverens nøyaktighet bare ble litt redusert når hastigheten økte til 1000 μm/s.

Fordeler med direkte laserskriving

Det er mange fordeler som det oppgraderte direkte laserskrivningssystemet kan introdusere til markedet. For det første er det mye raskere enn å bruke enkeltlaser‑metoder. Evnen til raskt å fremstille test‑ eller erstatningsdeler er en stor attraksjon for denne teknologien.

Høy presisjon

Den oppgraderte DLW‑metoden vil forbedre ingeniørenes evne til å lage og integrere komplekse optiske elementer. Fra satellitter til sensorene på telefonen din, bør denne teknologien gi ekstra muligheter til mange av teknologiene du er avhengig av daglig. Ingeniører vil kunne lage mindre og mer nøyaktige linser og andre enheter.

Virkelige anvendelser og tidslinje

Det finnes en rekke anvendelser for denne teknologien. Etterspørselen etter avansert optikk øker stadig. Fra militæret til den kommersielle sektoren krever ingeniører mindre, mer nøyaktige linser og andre komponenter.

Dermed har denne teknologien potensial til å revolusjonere datalagringsløsninger og fotoniske enheter. Merk at ingeniørene forutsier sterk kommersiell integrering i løpet av de neste 3–6 årene.

Datlagring

Laser‑skrevne harddisker vil få et betydelig løft i kapasitet når denne teknologien blir mainstream. Disse enhetene etser små merker som kan leses og oversettes til data. Evnen til å gjøre disse linjene mindre og mer nøyaktige åpner døren for økt ytelse og kapasitet i fremtidige harddisker.

VR og AR

VR‑ og AR‑markedene vil se store oppgraderinger ved bruk av denne teknologien. Allerede har teamet diskutert å bruke denne teknologien for å oppgradere de optiske bølgguide‑enhetene som brukes i VR‑skjermer. De forbedrede enhetene vil gi høyoppløsningsstrukturering kombinert med presisjon og kostnadseffektivitet.

Fremstilling av fotoniske enheter

Denne teknologien vil senke prisene på produksjon av mikrolinser, fotoniske krystaller, mikro‑optiske enheter og andre høyteknologiske produkter. Evnen til å lage nanoskalig etsning konsekvent og til lavere kostnad enn dagens alternativer vil drive innovasjon og bidra til å skape enda kraftigere og mer robuste fotoniske enheter.

Forskere innen direkte laserskriving

Ingeniører fra Zhejiang Lab og Zhejiang University i Kina ledet forskningen på oppgraderingen av direkte laserskriving. Spesielt et team ledet av Xi Liu, Qiulan Liu, Mengdi Luo, Liang Xu, Cuifang Kuang og Xu Liu samarbeidet for å verifisere funnene sine. Nå er målet å overgå hastigheter på 10 og 100 mm/s i det kommende året.

Selskaper som leder innovasjon innen laserskriving

Flere firmaer er avhengige av direkte laserskriving for å produsere sine produkter og tjenester. Disse selskapene spiller en viktig rolle i sine bransjer, og leverer høyteknologiske løsninger som bidrar til økonomisk vekst.

Fra romfartssensorer til smarte briller og alt derimellom, gjør DLW‑produsenter en forskjell. Her er ett selskap som har opparbeidet seg et rykte som en innovativ og godt posisjonert markedsleder.

Seagate Technology Holdings

Seagate Technology Holdings PLC (STX ) gikk inn i markedet i 1979 som Shugart Technology, med mål om å tilby høyytelses lagringsalternativer til samfunnet. Selskapet omdøpte seg til Seagate Technologies Holdings som en del av sin satsing på avanserte datalagringsløsninger.

Seagate har vært en pioner i markedet. For det første var det det første selskapet som introduserte en 5,25‑tommers HDD i 1980 og dominerte HDD‑markedet i mesteparten av det tiåret. Selskapet har også styrket sin posisjon gjennom en rekke oppkjøp, inkludert Conner Peripherals i 1996. Deretter kjøpte firmaet Maxtor i 2006 og Samsungs HDD‑virksomhet i 2011.

Seagate Technology Holdings tilbyr i dag et bredt utvalg av produkter på markedet. Spesielt leverer de lagringsenheter, systemer og tjenester til enkeltpersoner, helt opp til bedrifter. Selskapet kan integrere DLW‑studieresultatene og forbedre sine produkter betydelig i de kommende årene. Som følge av dette ser mange analytikere STX som et sterkt “Tillegg”.

Siste om Seagate Technology Holdings

Dual-beam direkte laserskriving åpner døren for ny teknologi

Konseptet med å bruke en laser for å forhindre laser‑spredning kan virke litt fjernt, men dette teamet har vist at det fungerer svært bra. Skriverne deres har overgått alle tidligere nano‑utskriftskapasiteter når det gjelder nøyaktighet, og har bevist at en dual‑beam‑tilnærming er en levedyktig løsning.

Du kan forvente at dette teknologiske gjennombruddet vil føre til store forbedringer på tvers av mange industrier i de kommende månedene. For nå fortjener dette ingeniørteamet ros for innsatsen deres.

Lær om andre kule nanotek Nå

Studier referert til:

1. ^{Liu, X., Liu, Q., Luo, M., Xu, L., Kuang, C., & Liu, X. (2025). Super-oppløsning direkte laserskriving via multiphoton og perifer fotoinhibering fotolitografi. Optics Letters, 50(5), 1675-1678. https://doi.org/10.1364/OL.50.01675}