激光写入技术取得突破--实现了无与伦比的速度和精度

中国浙江实验室和浙江大学的工程师团队推出了一种新型直接激光写入方法，利用双光束提高了精度。升级后的系统能让工程师们制造出更有弹性、功能更强大的光学器件、存储系统等。 以下是您需要了解的内容。

直接激光书写

直接激光写入或多光子光刻是一种制造工艺，指的是利用激光在材料中诱导精确的三维聚合。通过这些光束，工程师可以控制标记和其他损伤，以提供精确的光学响应。

令人印象深刻的是，这些系统可以生产出比头发丝还细的复杂设计。因此，它们是制造光学元件和当今电子产品中使用的其他精密设备的理想选择。

当前直接激光写入方法存在的问题

直接激光写入是当今多个行业使用的一种重要制造工艺。然而，它有许多局限性，阻碍了进一步的应用和创新。首先，最常见的方法是利用百叶窗在不需要时中断激光。

遗憾的是，这种方法会导致激光光子在加工过程中溢出，从而降低质量和缩小设计的能力。此外，溢出还会产生不必要的曝光，降低设计精度。

研究详情

背后的工程师 通过多光子和外围光抑制光刻技术实现超分辨率直接激光写入¹ 光学快报》（Optics Letters）上发表的一项研究，力图开创 AR/VR 和其他先进技术的新时代。该研究引入了一种超分辨率 3D DLW 方法，与前代方法相比，其性能大大提高。这种升级的工艺可以为更好的 VR、光学、计算机等技术打开大门。

双光束光学设置

这位科学家引进了一种双光束光学装置，利用 525 纳米飞秒激光作为激发光源。 这种激光与 532 纳米皮秒激光协同工作。后一束激光用于阻止激光照射区域周围的聚合区域。

选择使用多光子 DLW 和具有外围光抑制功能的 DLW 可为工程师带来显著的好处，如增加可控性。具体来说，团队需要跟踪和调整激光强度、聚焦、对准、功率波动、漂移和记忆效应，以达到预期效果。

光阻

工程师们创造了一种光刻胶，它将 PETA 与一种名为 BTPOS 的材料结合在一起。值得注意的是，光刻胶是一种光敏材料，在当今的微芯片和其他高科技电子产品中发挥着重要作用。在这项实验中，主要目的是在创建纳米级高分辨率线条图案时防止交联。

空间光调制器（SLM）

工程师们利用空间光调制器对一切进行了微调。这个硬件的任务是调制激发光和抑制光。在团队为空间光调制器添加了泽尼克多项式后，微调效果得到了改善。这一步使研究小组能够纠正波前像差并稳定光束。

系统如何运作

升级后的 DLW 通过串联使用两种激光器实现功能。首先，飞秒激光器模仿一个 2700 ps 的延迟开关，然后再发射皮秒激光器。 值得注意的是，这两种激光器的光路也略有不同。这种方法可实现纳米级的高分辨率和高精度打印。

直接激光书写测试

为了验证他们的理论，工程师们制作了几种纳米结构。研究小组首先利用 300 纳米到 225 纳米的横向杆间距打印出纳米级木桩。纳米级木桩是一个理想的测试场景，因为它们展示了创建纳米级设计的复杂性和错综复杂性，其中的线条必须相互交叉和堆叠。有趣的是，工程师将有限分数的轴向分辨率设定为 320 nm，从而获得了一些令人印象深刻的结果。

来源 - Optica

直接激光书写测试结果

研究结果证明，集成了光刻胶、可耗尽光引发剂和自由基淬灭剂的系统能够以前所未有的速度和分辨率进行激光书写。具体来说，该设备以每秒 100 微米的打印速度实现了 100 纳米的横向分辨率。值得注意的是，当打印速度提高到 1000 微米/秒时，打印机的精度仅略有降低。

直接激光书写的优点

升级后的直接激光书写系统可以为市场带来许多好处。首先，它比使用单一激光方法要快得多。快速制造测试或替换零件的能力是这项技术的一大亮点。

高精度

升级后的 DLW 方法将提高工程师创建和集成复杂光学元件的能力。从卫星到您手机上的传感器，这项技术将为您日常依赖的许多技术提供更多能力。工程师们将能够制造出更小、更精确的透镜和其他设备。

实际应用和时间表

他的技术应用广泛。对先进光学技术的需求持续上升。从军事到商业领域，工程师们都需要更小、更精确的透镜和其他组件。

因此，这项技术有望彻底改变数据存储解决方案和光子设备。值得注意的是，工程师们预测，在未来 3-6 年内，该技术将实现强有力的商业整合。

数据存储

当激光写入硬盘成为主流技术时，其功能将得到极大提升。这些设备蚀刻的小标记可被拾取并转化为数据。使这些线条更小、更精确的能力为未来硬盘性能和容量的提升打开了大门。

VR 和 AR

利用这项技术，VR 和 AR 市场将迎来重大升级。该团队已经讨论过利用这项技术升级 VR 显示器中使用的光波导装置。增强后的装置将提供高分辨率结构，同时兼具精度和成本效益。

光子设备制造

这项技术将降低微透镜、光子晶体、微型光学设备和其他高科技设备的制造成本。与目前的选择相比，能够以更低的成本稳定地制造纳米级蚀刻技术将推动创新，并有助于制造出功能更强大、更灵活的光子设备。

直接激光写入研究人员

来自中国浙江实验室和浙江大学的工程师主持了直接激光写入升级研究。具体来说，由刘曦、刘秋兰、罗梦迪、徐亮、匡翠芳和刘旭领导的团队共同验证了他们的研究成果。现在，我们的目标是在未来一年内将速度提高到 10 毫米/秒和 100 毫米/秒。

引领激光书写创新的公司

一些公司依靠激光直接写入技术来生产产品和提供服务。这些公司在各自的行业中发挥着重要作用，提供高科技解决方案，帮助保持经济增长。

从航空航天传感器到智能眼镜，DLW 制造商正在创造不同。下面这家公司已经赢得了创新和定位准确的市场领导者的美誉。

希捷科技控股公司

希捷科技控股有限公司 (STX +0.98%) 希捷公司于 1979 年以 Shugart Technology 的名义进入市场，旨在为社会提供高性能存储选择。该公司重新命名为希捷科技控股公司（Seagate Technologies Holdings），作为其向先进数据存储解决方案转型的一部分。

希捷一直是市场的先驱。首先，它是第一家在 1980 年推出 5.25 HDD 的公司，并在这十年的大部分时间里主导着 HD 市场。该公司还通过一系列收购提升了自己的定位，包括 1996 年收购 Conner Peripherals 公司。此后，该公司于 2006 年收购了迈拓，并于 2011 年收购了三星的硬盘业务。

希捷科技控股公司为当今市场提供多种产品选择。具体而言，他们为个人乃至企业提供存储设备、系统和服务。该公司可以整合 DLW 研究成果，并在未来几年大幅改进其产品。因此，许多分析师将 STX 看作一个强有力的 "增持 "对象。

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双光束直接激光书写为新技术打开大门

利用激光防止激光溢出的概念似乎有点牵强，但这个团队已经证明，这种方法非常有效。他们的打印机在精度方面超越了以往所有的纳米打印能力，并证明了双光束方法是一种可行的选择。

在未来几个月内，这一技术突破将为许多行业带来重大改进。目前，这支工程师团队的努力值得称赞。

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参考研究：

1. ^{Liu, X., Liu, Q., Luo, M., Xu, L., Kuang, C., & Liu, X. (2025)。通过多光子和外围光抑制光刻技术实现超分辨率直接激光写入。 光学通讯》，50(5), 1675-1678. https://doi.org/10.1364/OL.50.01675}