濱松SLM助力突破光學衍射極限

繼Science又拿一稿，濱松SLM參與飛秒激光極端制造新突破之后，濱松空間光調制器(SLM)又一次成為浙江大學、之江實驗室超分辨雙光子聚合系統(tǒng)光場調控的核心器件。

最近，浙江大學、之江實驗室劉旭教授和匡翠方教授團隊基于前期遠場超分辨技術的研究經驗，提出了一種新型的雙通道激光納米直寫方法。該方法突破了光學衍射極限，提高了激光直寫“打印”的精度和速度。

研究成果以“Direct laser writing breaking diffraction barrier based on two-focus parallelperipheral-photoinhibition lithography”為題發(fā)表在Advanced Photonics 上。

圖1 論文原文展示團隊深入研究發(fā)展了暗斑調控技術、雙通道調控技術、邊緣光抑制技術、防漂移技術、三維模型解析技術和新型光刻膠技術。所研制的裝置刻寫效率比市面上的單通道裝置產品提升一倍，最小二維線寬達到40 nm，空間懸浮線橫向線寬穩(wěn)定在20-30 nm?；谄癃毩⒄{控技術，實現(xiàn)了通道間的獨立控制，雙通道可以并行打印不同的任務。突破了傳統(tǒng)并行方法局限于周期性結構打印的問題，能廣泛應用于制造非周期性結構和高度復雜結構。這進一步擴展了激光直寫光學制造的潛在應用范圍，使該裝置有望成為可支持眾多領域發(fā)展的實用支撐設備。

圖2 雙通道超衍射極限激光直寫裝置

圖3 亞50 nm線寬結構

采用激光直寫打印比特點結構在大數(shù)據光存儲方面具有極大的應用潛力。圖4展示了雙通道系統(tǒng)在打印比特點圖案上的能力，其中，(a)圖是打印結果的掃描電子顯微鏡圖，(b)、(c)圖分別是(a)中黃色和藍色方框的放大圖，比特點的水平和垂直間距為200 nm，比例尺為1 μm。(a)圖中的上半部分采用邊緣光抑制打印，點結構間隙清晰可辨;相比之下，采用傳統(tǒng)雙光子打印的下半部分，點結構十分模糊。正常的單光束路徑系統(tǒng)中，這兩行必須單獨打印;而在雙通道系統(tǒng)中，兩個圖案可同時打印，可見該方法的效率是普通單光路系統(tǒng)的兩倍。

圖4 位點圖形打印結果

為了測試實際3D納米結構的并行打印效果，研究人員還打印了超材料結構立方體。打印結果如圖5所示。

圖5 超材料立方體打印結果在上述研究中，研究團隊選擇了兩款濱松空間光調制器(SLM)作為核心實驗儀器。

圖6 濱松空間光調制器，點擊獲取產品資料超分辨雙光子聚合需要將超快激光完美聚焦至衍射極限，抑制光則需構建為環(huán)形光束并精確與工作激光重合，對系統(tǒng)的像差、穩(wěn)定性、位相調控精度和準確度都有極高要求。

劉旭教授和匡翠方教授團隊在使用過濱松的SLM后表示：

系統(tǒng)中采用的兩款濱松SLM分別用于實現(xiàn)對780 nm脈沖激發(fā)光和532 nm連續(xù)抑制光的調控。濱松SLM在超分辨雙光子聚合系統(tǒng)作為光場調控的核心器件表現(xiàn)不俗，具有諸多優(yōu)勢功能：

具備完備的二次開發(fā)包及例程，方便科研人員完成自定義功能和應用程序開發(fā);?

高效率：采用介質反射膜，95%光利用率，充分利用激光能量;?

低吸收、高損傷閾值：可使用較高功率激光以實現(xiàn)多路并行操作，即使在無水冷情況下也具備高功率適應性和穩(wěn)定性;

精密準確的位相調節(jié)和位相穩(wěn)定性：滿足十納米量級超分辨雙光子聚合對光斑、對準、指向性的精密控制和穩(wěn)定運行的要求;

外形設計簡潔、緊湊，使用方便，易于集成。

圖7 論文原文：濱松SLM可進行多焦點并行加工

濱松早在1980年就已經開始了空間光調制器的研發(fā)歷程。本著探索人類未知未涉的精神，一代一代產品的更新?lián)Q代，一代一代技術的推陳出新，到今年已經走過了42個年頭。

圖8 濱松空間光調制器發(fā)展歷程

這幾年，濱松中國工程師，比如說大家熟知的大師姐、梓爺，都不斷地在濱松官微、B站賬號、技術文章網站SHARE等平臺推出了許多技術干貨，涵蓋產品剖析、參數(shù)解析、算法介紹、軟件講解、應用介紹、常見問題解答等等。(點擊“空間光調制器”，即可獲得往期文章合集。)

我們非常真誠地希望幫助用戶了解SLM、用好SLM，將它帶去廣袤的應用世界，成為研究者們、制造者們開拓未知未涉的一份堅實力量。

審核編輯 黃宇