科學家利用超快激光脈衝實現納米級3D列印

OFweek激光網訊：來自立陶宛維爾紐斯大學（維爾紐斯大學）激光研究中心大學的科學家們正在研究如何以更加有效的方式進行3D列印。不過，他們的研究涉及到的方法遠遠超出當前的層積式的方法。通過使用基於非線性光與物質相互作用的超快激光脈衝，他們正在努力大幅提升3D列印技術。

近日，他們的研究成果被發表在了《Advanced Optical Material》雜誌上，論文題目是《通過偏振控制的納米級精度3D聚合製備（Nanoscale Precision of 3D Polymerization via Polarization Control）》。科學家們稱，他們的研究將為未來的3D列印帶來更大、甚至無法比擬的靈活性和通用性，並有可能用於範圍廣泛的新型材料。除此之外，還將會對電信、電子、基於晶元實驗室（Lab-on-chip）技術的裝置、組織工程等領域的應用產生影響。不過研究人員們指出，儘管這一技術在實驗室當中比較可行，但是現實中如果將該原型設備轉化成可晝夜運行的的工業流水線，卻是極其昂貴的。

據了解，在這項研究當中，科學家們主要圍繞著納米光刻技術來探索光的偏振在用該技術進行3D列印的過程中會產生什麼樣的影響。

「在激光3D納米光刻技術中，偏振效應主要用來微調感光性樹脂在形成結構過程中的特徵尺寸。」科學家們在論文中稱。

據科學家們說，這其中的關鍵是如何在線性偏振方向改變的時候，在激光功率和光束掃描/對象轉化速度之間提供固定的條件。如果實現，這將帶來納米級的精度。如下圖所示，該區域在保留相同深度的情況下出現改變時，聚合特徵尺寸的縱橫比調製能力即啟用，而且無需光束成型技術或者相位光罩。

在恆定的輻照強度和與激光直寫方向（垂直、平行、圓形）有關的不同偏振方向條件下所導致的聚合特徵的變化。其體素（Voxel）尺寸和縱橫比可通過偏振控制在納米尺度上進行調整。

「在該激光處理過程中，光束偏振方向的影響在導電和電介質實體目標上得到了 徹底的研究。」研究人員在論文中稱。「其中包括偏振對於激光與物質相互作用的標量參數的影響，比如吸收係數和電離速率等。」

在這項研究當中，研究人員通過基於3D建模和實驗的深入分析揭示了：偏振效應、對解析度的影響、在直接激光寫入條件下熱梯度與偏振的耦合。

科學家們能夠用3D列印的一個帶（或不帶）偏振校正的木材堆光子結構展示他們的研究結果。

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