Genombrott inom lasergravering – Oöverträffad hastighet och precision uppnådd

En grupp ingenjörer från Zhejiang Lab och Zhejiang University i Kina presenterade en ny metod för direkt lasergravering som utnyttjar dubbla strålar för att förbättra precisionen. Det uppgraderade systemet kan möjliggöra att ingenjörer tillverkar mer hållbara och kraftfulla optiska komponenter, minnessystem och mer.  Här är vad du behöver veta.

Direkt lasergravering

Direkt lasergravering eller multiphotonlitografi är en tillverkningsprocess som innebär att använda laser för att inducera exakt 3D-polymerisation i material. Dessa strålar gör det möjligt för ingenjörer att skapa kontrollerade markeringar och annan påverkan för att ge ett exakt optiskt svar.
Imponerande kan dessa system producera intrikata mönster som är tunnare än ett mänskligt hår. Därför är de idealiska för tillverkning av optiska komponenter och annan precis utrustning som används i dagens elektronik.

Problem med nuvarande metoder för direkt lasergravering

Direkt lasergravering är en värdefull tillverkningsprocess som används i flera industrier idag. Den har dock många begränsningar som har bromsat vidare antagande och innovation. För det första använder den vanligaste metoden bländor för att avbryta lasern när den inte behövs.
Tyvärr leder detta till att laserfoton läcker över under processen, vilket minskar kvaliteten och möjligheten att minska designernas skala. Dessutom kan läckaget orsaka oönskad exponering och minska designens noggrannhet.

Detaljer om studien

De ingenjörer bakom Super-resolution direct laser writing via multiphoton and peripheral photoinhibition photolithography¹-studien som publicerades i Optics Letters, strävar efter att inleda en ny era av AR/VR och andra avancerade teknologier. Studien introducerar ett superupplöst 3D DLW‑tillvägagångssätt som avsevärt förbättrar prestandan jämfört med sina föregångare. Denna uppgraderade process kan öppna dörren för bättre VR, optik, datorer och mycket mer.

Dual-beam optisk uppsättning

Forskaren presenterade en dual-beam optisk uppsättning som använde en 525‑nm femtosekundlaser som excitationsljuskälla.  Denna laser arbetade i tandem med en 532‑nm pikosekundlaser. Den senare strålen används för att stoppa polymeriseringsområden runt den laserexponerade regionen.
Valet att använda en multiphoton‑DLW och DLW med perifer fotoinhibering ger ingenjörer betydande fördelar såsom ökad kontroll. Specifikt behövde teamet spåra och justera laserintensitet, fokus, justering,  effektfluktuation,  drift och minneseffekt för att uppnå önskade resultat.

Fotolack

Ingenjörerna skapade en fotolack som integrerar PETA kombinerat med ett material som heter BTPOS. Fotolacker är ljuskänsliga material som spelar en avgörande roll i dagens mikrochip och annan högteknologisk elektronik. I detta experiment var huvudsyftet att förhindra korsbindning vid skapandet av nanoskaliga högupplösta linjemönster.

Spatial ljusmodulator (SLM)

Ingenjörerna finjusterade allt med hjälp av en spatial ljusmodulator. Denna hårdvarukomponent har i uppgift att modulera excitations- och inhibitionsljuset. Finjusteringen förbättrades efter att teamet lade till Zernike‑polynom till SLM:n. Detta steg gjorde det möjligt för teamet att korrigera vågfrontaberrationer och stabilisera strålarna.

Hur systemet fungerar

Den uppgraderade DLW‑processen fungerar genom att använda båda lasrarna i tandem. Först imiterar femtosekundlasern en 2700 ps fördröjningsomkopplare innan den startar pikosekundlasern.  Noterbart är att lasrarna även har något olika optiska banor. Detta tillvägagångssätt möjliggör högupplösta och precisa utskrifter på nanoskalig nivå.

Direkt lasergraveringstest

För att testa sin teori skapade ingenjörerna flera nanostrukturer. Teamet började med att skriva ut nanoskaliga trästaplar med lateral stavavstånd från 300 nm till 225 nm. Nanoskaliga trästaplar är ett idealiskt testscenario eftersom de visar komplexiteten och intrikatiteten i att skapa nanoskaliga designer där linjerna måste korsas och staplas på varandra. Intressant nog satte ingenjörerna den fraktionellt begränsade axiella upplösningen till 320 nm, vilket möjliggjorde imponerande resultat.

Resultat från direkt lasergraveringstest

Resultaten visar att ett system som integrerar en fotolack med en uttömlig fotoinitiator och en radikal‑quencher kan producera lasergravering med oöverträffad hastighet och upplösning. Specifikt demonstrerade enheten en lateral upplösning på 100 nm vid utskriftshastigheter på 100 µm/s. Noterbart är att skrivarens precision bara minskade marginellt när hastigheten ökades till 1000 μm/s.

Fördelar med direkt lasergravering

Det finns många fördelar som det uppgraderade systemet för direkt lasergravering kan introducera på marknaden. För det första är det mycket snabbare än att använda enkellaser‑metoder. Förmågan att snabbt tillverka test‑ eller ersättningsdelar är en stor fördel med denna teknik.

Hög precision

Den uppgraderade DLW‑metoden kommer att förbättra ingenjörernas förmåga att skapa och integrera komplexa optiska element. Från satelliter till sensorerna i din telefon bör denna teknik erbjuda ytterligare möjligheter för många av de teknologier du förlitar dig på dagligen. Ingenjörer kommer att kunna tillverka mindre och mer exakta linser och andra enheter.

Verkliga tillämpningar & tidslinje

Det finns ett stort antal tillämpningar för denna teknik. Efterfrågan på avancerad optik fortsätter att öka. Från militären till den kommersiella sektorn kräver ingenjörer mindre, mer exakta linser och andra komponenter.
Därför har tekniken potential att revolutionera lagringslösningar för data och fotoniska enheter. Noterbart förutspår ingenjörerna en stark kommersiell integration inom de kommande 3–6 åren.

Datlagring

Lasergravering av hårddiskar kommer att få en stor förbättring i kapacitet när denna teknik blir allmänt använd. Dessa enheter etsar små markeringar som kan läsas av och omvandlas till data. Förmågan att göra dessa linjer mindre och mer exakta öppnar dörren för ökad prestanda och kapacitet i framtida hårddiskar.

VR och AR

VR‑ och AR‑marknaderna kommer att se stora uppgraderingar med hjälp av denna teknik. Redan har teamet diskuterat att använda tekniken för att förbättra de optiska vågledande enheterna som används i VR‑displayar. De förbättrade enheterna skulle erbjuda högupplöst strukturering kombinerad med precision och kostnadseffektivitet.

Tillverkning av fotoniska enheter

Denna teknik kommer att sänka priset för tillverkning av mikrolinser, fotoniska kristaller, mikro‑optiska enheter och andra högteknologiska produkter. Förmågan att skapa nanoskalig etsning konsekvent och till en lägre kostnad än dagens alternativ kommer att driva innovation och hjälpa till att skapa ännu kraftfullare och mer hållbara fotoniska enheter.

Forskare inom direkt lasergravering

Ingenjörer från Zhejiang Lab och Zhejiang University i Kina ledde forskningen om uppgraderingen av direkt lasergravering. Specifikt arbetade ett team lett av Xi Liu, Qiulan Liu, Mengdi Luo, Liang Xu, Cuifang Kuang och Xu Liu tillsammans för att verifiera sina resultat. Nu är målet att överstiga hastigheter på 10 och 100 mm/s under det kommande året.

Företag som leder innovation inom lasergravering

Flera företag förlitar sig på direkt lasergravering för att producera sina produkter och tjänster. Dessa företag spelar en viktig roll i sina branscher och tillhandahåller högteknologiska lösningar som bidrar till ekonomisk tillväxt.
Från rymdsensorer till smarta glasögon och allt däremellan gör DLW‑tillverkare skillnad. Här är ett företag som har säkrat ett rykte som en innovativ och välpositionerad marknadsledare.

Seagate Technology Holdings

Seagate Technology Holdings PLC (STX ) gick in på marknaden 1979 som Shugart Technology, med avsikt att erbjuda högpresterande lagringsalternativ till samhället. Företaget bytte namn till Seagate Technologies Holdings som en del av sin vändning mot avancerade datalagringslösningar.

Seagate har varit en banbrytande kraft på marknaden. För det första var det det första företaget som introducerade en 5,25‑tum HDD 1980 och dominerade HD‑marknaden under större delen av det decenniet. Företaget har också stärkt sin position genom en rad förvärv, inklusive Conner Peripherals 1996. Därefter förvärvade företaget Maxtor 2006 och Samsungs HDD‑verksamhet 2011.

Seagate Technology Holdings erbjuder ett brett urval av produkter på marknaden idag. Specifikt tillhandahåller de lagringsenheter, system och tjänster till individer, ända upp till företag. Företaget kan integrera DLW‑studieresultaten och förbättra sina produkter avsevärt under de kommande åren. Därför ser många analytiker STX som ett starkt ”tillskott”.

Senaste om Seagate Technology Holdings

Dual-beam direkt lasergravering öppnar dörren för ny teknik

Konceptet att använda en laser för att förhindra laseröverspill kan verka lite avlägset, men detta team har visat att det fungerar extremt väl. Deras skrivare har överträffat alla tidigare nanoutskriftskapaciteter när det gäller noggrannhet och har bevisat att en dual-beam‑metod är ett genomförbart alternativ.
Du kan förvänta dig att detta tekniska genombrott leder till stora förbättringar inom många industrier under de kommande månaderna. För närvarande förtjänar detta ingenjörsteam beröm för sina insatser.
Learn About Other Cool Nanotech Now

Studier som refereras:

1. ^{Liu, X., Liu, Q., Luo, M., Xu, L., Kuang, C., & 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.50.01675}