研究背景

雙光子激光直寫是一種新興的微納加工手段。該技術利用飛秒激光使光刻膠在激光焦點位置發生雙光子聚合，特征尺寸可達百納米級，結合壓電位移臺或激光掃描器件可實現高精度任意三維結構制備。目前，該技術已被廣泛應用在微納光學、材料、生命科學、微流控、微機械、集成光學等多個重要領域。

多光束并行刻寫技術可有效提升刻寫速度，是雙光子激光直寫技術進一步提升與發展的重要途經，有望實現高精度、大尺寸結構的高速加工。然而目前的并行刻寫技術在產生方式、刻寫策略以及拼接精度方面還有不少問題，需要不斷完善與改進。

創新工作

為了有效提升雙光子激光直寫的直寫速度，之江實驗室智能芯片與器件研究中心劉旭教授、匡翠方教授團隊設計并驗證了一種基于轉鏡的多光束并行刻寫系統。如圖1所示，該系統利用空間光調制器（SLM）生成多光束，再通過多通道聲光調制器（AOMC）對多光束的每束光進行獨立調制。同時，使用多面體轉鏡代替傳統振鏡，結合高速空氣軸承位移臺與壓電位移臺，實現高速3D掃描。

圖1 基于轉鏡掃描的多光束并行雙光子激光直寫系統。（a）實驗裝置圖；（b）光路圖

經過測試，該系統實現了單通道7.77 m/s的掃描速度，最多可實現6通道同步并行刻寫，等效最高速度達46.62 m/s。圖2（a）展示了該系統的特征尺寸。由圖可知，隨著激光功率從35 mW降至18 mW，線寬從260 nm級降至80 nm級；但在150 nm以后，圖形開始從線條變成點陣。因為在高轉速下，物鏡焦平面的直寫速度接近8 m/s，此時相鄰兩個脈沖的間隔約100 nm，無法有效填充從而形成點陣。因此，本系統的特征尺寸約150 nm，使用更高重頻激光器或低轉速降低脈沖間隔可獲得更小的特征尺寸。

圖2（b）展示了六通道同步刻寫，測試中每個通道的圖案獨立調控，當第一行文字完成時，第六行文字也同步刻寫完成，有效提高了刻寫效率。

圖2（c）是組內近期的一項新成果，實現了20 mm級大尺寸光柵結構的刻寫，該光柵線寬500 nm，周期1000 nm。該光柵刻寫用時約70 min，平均刻寫速度達到5.7 mm2/min。

圖 2系統部分刻寫結果展示。（a）特征尺寸；（b）多通道編程刻寫；（c）大面積光柵刻寫

總結與展望

研究采用SLM產生多光束，結合AOMC與轉鏡掃描實現了最高7.77 m/s的直線刻寫速度。目前在刻寫策略方面仍有較大提升空間，后續將繼續研究刻寫策略對刻寫效率的影響。

本項研究有助于實現高精度與大尺寸結構的高速加工，推動雙光子激光直寫技術向產業化方向發展。

參考文獻： 中國光學期刊網

您好，可以免費咨詢技術客服 

 筱曉(上海)光子技術有限公司 

歡迎大家給我們留言，私信我們會詳細解答，分享產品鏈接給您。

免責聲明：

資訊內容來源于互聯網，目的在于傳遞信息，提供專業服務，不代表本網站及新媒體平臺贊同其觀點和對其真實性負責。如對文、圖等版權問題存在異議的，請聯系我們將協調給予刪除處理。行業資訊僅供參考，不存在競爭的經濟利益。