劳伦斯·利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 的工程师和斯坦福大学的研究人员开发了一种新型双光子光刻 (TPL) 方法，该方法在显著提高制造速度的同时，还能保持纳米级精度。该团队的研究成果发表在《自然》杂志上，该方法利用超透镜阵列将飞秒激光分成超过 12 万个协同工作的焦点，这些焦点可以同时覆盖厘米级的区域。该系统的吞吐量比商用系统快一千倍以上，同时还能制造出最小特征尺寸为 113 纳米的三维结构。
利用超透镜阵列的三维纳米加工方法（图片来源：LLNL）
传统双光子激光打印（TPL）技术受限于显微镜物镜，其可打印区域仅为几百微米。更大的打印尺寸需要拼接数千个单元，这会导致对准误差，阻碍了其在工业领域的应用。新型的超透镜双光子激光打印方法用高数值孔径超透镜阵列取代了显微镜物镜，每个透镜都像一台微型打印机。
该团队集成了一个空间光调制器，可以实时调节每个焦点的强度，从而使系统能够控制光束的开关和线宽。“在项目进行过程中，我们发现，通过动态地开关焦点并精心规划打印轨迹，我们实际上可以高度并行地打印出完全随机的结构，”劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）材料工程师兼首席研究员夏晓星（Xiaoxing Xia）说道。这种自适应能力使得制造非周期性结构和复杂设计成为可能。
这项名为 MetaLitho3D 的技术在微流控、量子信息、微电子、光子学和生物医学领域具有潜在应用价值。该平台每天可制造数千万个微粒，并有望扩大劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 在 3D 打印聚变燃料胶囊和量子计算芯片方面的研究规模。该技术近期荣获 2025 年 R&D 100 大奖，表明其具有商业化应用前景。
来源：llnl.gov
相关文章
