Genombrott inom lasergravering – Oöverträffad hastighet och precision uppnådd

Forskare i Kina har presenterat en metod för direkt laserskrivning där två ljusstrålar används för att skapa mycket små strukturer. Enligt deras artikel i Optics Letters nådde metoden en lateral upplösning på omkring 100 nanometer vid en skrivhastighet på 100 mikrometer per sekund. Den kan vara användbar i forskning om precisa optiska komponenter, men användning i en viss kommersiell produkt är ännu inte visad.

Vad är direkt laserskrivning?

Vid direkt laserskrivning, DLW, används fokuserat ljus för att härda ett ljuskänsligt material på utvalda platser. Metoder som bygger på flera fotoner kan skapa små två- och tredimensionella strukturer. Högre upplösning kräver att målområdet belyses tillräckligt, samtidigt som materialet intill inte härdas oavsiktligt.

En utmaning med tidigare metoder

En stark laserstråle kan påverka området omkring den avsedda punkten. Det gör det svårt att forma mycket närliggande linjer var för sig. I den nya metoden läggs en annan stråle till för att hämma polymerisering vid kanten av området.

Det undersökta arbetssättet

Artikeln ”Super-resolution direct laser writing via multiphoton and peripheral photoinhibition photolithography”¹ beskriver både flerfotonsskrivning och en variant med ljushämning omkring målområdet. Forskarna kombinerade två strålar med ett särskilt ljuskänsligt material och tillverkade fina linjer samt tredimensionella provstrukturer.

De två ljusstrålarnas uppgifter

Den ena strålen startar polymeriseringen och den andra motverkar den i omgivningen. På så sätt kan gränsen för den skrivna linjen bestämmas mer exakt. Strålarnas placering och styrka justerades noggrant i försöket.

Detaljer i den optiska uppställningen

Den aktiverande strålen kom från en femtosekundlaser med våglängden 525 nanometer, medan den hämmande kom från en pikosekundlaser på 532 nanometer. Skillnaden mellan de optiska vägarna gav en fördröjning på omkring 2700 pikosekunder. Forskarna använde en spatial ljusmodulator (SLM) och Zernikepolynom för att korrigera vågfrontens avvikelser och övervakade strålarnas inriktning, effektvariationer och förskjutningar i systemet.

Ljuskänsligt material

Försöket använde ett material med monomeren PETA och ämnet BTPOS. BTPOS fungerar som radikalfångare och hjälper till att minska oönskad tvärbindning. Resultat från denna blandning och utrustning gäller inte automatiskt för alla material.

Provstrukturer

Teamet skapade närliggande linjer och tredimensionella strukturer med korslagda stavar i flera lager. Stavarnas laterala avstånd var 300–225 nanometer. Sådana tester visar hur väl små detaljer som ligger intill varandra kan hållas isär.

Källa: Optica

Uppmätta resultat

Enligt artikelns sammanfattning nåddes cirka 100 nanometers lateral upplösning vid 100 mikrometer per sekund. Vid 1000 mikrometer per sekund var upplösningen fortfarande omkring 120 nanometer. Den minsta axiella perioden i en tredimensionell provstruktur var 318,15 nanometer, strax under den motsvarande diffraktionsgränsen på 320 nanometer som anges i artikeln. Detta är laboratorieresultat, inte bevis för hastighet eller kostnad vid massproduktion.

Möjliga användningsområden

Snabb och precis tillverkning av små strukturer kan gynna forskning om mikrolinser, fotoniska kristaller, optiska enheter och metamaterial. Forskarna nämner också optiska vågledare för skärmar inom virtuell och förstärkt verklighet. För verkliga produkter behöver reproducerbarhet, materialens hållbarhet och kostnader prövas separat.

Datalagring

Mikrostrukturering kan på längre sikt bli relevant för forskning om delar i lagringsenheter. Artikeln visar däremot inte att kapaciteten i kommersiella hårddiskar ökar eller att en särskild lagringsenhet kan tillverkas med metoden.

VR, AR och optiska delar

Precisa små strukturer kan vara användbara vid utformning av optiska komponenter för VR och AR. Försöket bevisar ännu inte att konsumentprodukter snart får bättre prestanda eller lägre pris.

Forskarna

Författarna är Xi Liu, Qiulan Liu, Mengdi Luo, Liang Xu, Cuifang Kuang och Xu Liu. Deras lärosäten och laboratorier omfattar bland annat Zhejiang University och Zhejiang Lab i Kina.

Ett företag inom branschen

Följande företag nämns som ett exempel från datalagringsbranschen. Det innebär inte att företaget deltog i studien eller har infört den nya metoden i sina produkter.

Seagate Technology Holdings

Seagate Technology Holdings (STX ) levererar lagringsenheter och tillhörande tjänster. Studien ger i sig ingen grund för att förutse företagets produktplaner, resultat eller en stigande aktiekurs.

Senaste nytt om Seagate Technology Holdings

Vad visar forskningen?

Kombinationen av två ljusstrålar och ljuskänsligt material gjorde det möjligt att skapa fina linjer och tredimensionella strukturer med hög precision. Det är ett lovande steg för forskning om tillverkning av optiska delar. Tidpunkt för kommersialisering och prestanda i färdiga produkter kräver vidare tester. Läs även andra artiklar om nanoteknik.

Refererad studie

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