Дослідники використовували свій оптимізований підхід прямого до лазерного письма для створення 3D діві з високою роздільною здатністю за допомогою мультифотонного DLW. (a) Схема 3D Діву (b) 45 °-обіближування SEM-зображення 3D Woodpile з відстані в стрижні 300 нм. (C – F) 3D Woodpile Structures з вісьмома шарами та слідом 15 × 15 мкм2 та вставки, що показують відповідні мікрофотографії в режимі рефлексивного режиму структур. Кредит: Цюлан Лю, Лабораторія Чжецзян та університет Чжецзян у Китаї
Вперше дослідники використовували високошвидкісне лазерне написання для створення ліній, розташованих лише на 100 нм на скляній підкладці. Оптимізований підхід для друку може забезпечити 3D-лазерне написання Super Resolution (DLW) мікрокензинів, кристалів фотоніки, мікрооптичних пристроїв, метаматеріалів тощо.
DLW – це техніка виробництва добавок, яка використовує цілеспрямований лазерний промінь для вибіркового зміцнення або полімеризації матеріалу з нанорозмірною точністю. DLW, як правило, використовує багатофотонну полімеризацію для полімеризації матеріалів точним, 3D-способом.
“Збільшення роздільної здатності – мінімальна відстань між двома сусідніми ознаками – важка, оскільки інтенсивне лазерне світло може спричинити небажане опромінення в сусідніх районах під час DLW”, – сказав Цюлан Лю, член дослідницької групи з лабораторії Чецзян та університету Чецзян в Китаї. “Однак, використовуючи унікальну оптичну установку з подвійним променем та спеціальний фоторезист, нам вдалося подолати цей виклик і досягти DLW Super Resolution.”
У журналі Оптичні листидослідники описують свій новий підхід і показують, що рекордна 100-нм бічна роздільна здатність може бути досягнута при швидкості друку 100 мкм/с. Коли використовується ще швидша швидкість письма 1000 мкм/с, все ще може бути досягнута бічна роздільна здатність 120 нм.
“Одним із захоплюючих застосування нашої техніки DLW є друк оптичних пристроїв хвилеводу для віртуальної реальності або розширеної реальності з точною структурою високої роздільної здатності”,-сказав Лю. “Цей швидкий і високоточний підхід дозволяє швидко виготовити складні оптичні елементи, які мають вирішальне значення для виконання занурених технологій нового покоління”.
Дослідники показали, що їх оптимізований підхід прямого до лазерного письма може створити граничні засоби з високою роздільною здатністю на скляній підкладці. Ці зображення SEM демонструють рядки, які дослідники, створені за допомогою DLW, з периферичною фотоінгібіцією та променем гальмування у формі пончиків. (A, B) Лінічні решітки з роздільною здатністю суб-140 нм, надрукованою зі швидкістю письма 100 мкм/с. (C, D) Лінічні засоби з роздрукованою роздільною здатністю суб-150 нм, надрукованої зі швидкістю письма 1000 мкм/с. Кредит: Цюлан Лю, Лабораторія Чжецзян та університет Чжецзян у Китаї
Зменшення зшивання
У новій роботі дослідники проводили експерименти, використовуючи як багатофотонну DLW, так і DLW з периферичною фотоінгібіцією, яка використовує промінь гальмування для придушення полімеризації на краях області, опроміненої лазером.
Вони розробили фоторезистську систему, яка складалася з загальноприйнятих мономерів, відомих як PETA, поєднавшись з біс (2,2,6,6-тетраметил-4-піперидил-1-оксил) салон (BTPOS). BTPOS виступав як радикальний гасіння, який допоміг зменшити зшивання, яке може статися при використанні DLW для друку шаблонів ліній високої роздільної здатності.
Оптична установка включала 525-нм фемтосекундного лазера як джерело світла збудження та пікосекундний лазер 532 нм, що використовується для інгібування. Фемтосекундний лазер запускає пікосекунд -лазер через блок затримки пікосекунд, який вводить затримку на 2700 к.с. через різницю в оптичних шляхах двох променів. Промінь гальмування запобігає небажаній полімеризації та забезпечує, що бажана картина утворюється з високою роздільною здатністю та точністю.
“Для досягнення високої роздільної здатності ми також використовували модулятор просторового світла (SLM) для модуляції світла збудження та гальмування, а також застосовували поліноми Zernike на SLM для виправлення аберації хвильових фронтів”, – сказав Лю. “Ми також повинні були переконатися, що вся система була дуже стабільною, враховуючи лазерне вирівнювання фокусування, коливання лазерної потужності, дрейф оптичної системи та ефект пам'яті, що випливає з променів збудження та гальмування”.
Друк крихітних конструкцій
Дослідники провели кілька експериментів, що демонструють швидкість та роздільну здатність свого оптимізованого підходу DLW. Вони також виготовляли крихітні 3D дятли з бічним відстань від 300 нм до 225 нм. Найменший осьовий період між шаром деревини становив 318 нм, що досягає дифракційної осьової розбійної роздільної здатності 320 нм. Ця межа дифракції визначається лазерною довжиною хвилі та здатністю оптичної системи фокусувати лазерний промінь.
Зараз дослідники працюють над тим, щоб подальше покращити швидкість письма, з метою досягнення швидкості 10 та 100 мм/с, зберігаючи високу якість письма та вирішення. Вони також хочуть вдосконалити фоторесистську систему, щоб зробити техніку DLW більш стабільною та практичною.
Більше інформації:
Xi Liu et al. Оптичні листи (2025). Два: 10.1364/ol.552034
Цитування: Оптимізований підхід дозволяє супер-роздільно-роздільну здатність писати прямого лазерного написання з безпрецедентною швидкістю та роздільною здатністю (2025, 27 лютого), отримано 27 лютого 2025 з https://phys.org/news/2025-02-optimized-approach-enables-super-resolution.html
Цей документ підлягає авторським правам. Крім будь -яких справедливих угод з метою приватного навчання чи досліджень, жодна частина не може бути відтворена без письмового дозволу. Зміст надається лише для інформаційних цілей.