滨松SLM助力突破光学衍射极限

继Science又拿一稿，滨松SLM参与飞秒激光极端制造新突破之后，滨松空间光调制器(SLM)又一次成为浙江大学、之江实验室超分辨双光子聚合系统光场调控的核心器件。

最近，浙江大学、之江实验室刘旭教授和匡翠方教授团队基于前期远场超分辨技术的研究经验，提出了一种新型的双通道激光纳米直写方法。该方法突破了光学衍射极限，提高了激光直写“打印”的精度和速度。

研究成果以“Direct laser writing breaking diffraction barrier based on two-focus parallel peripheral-photoinhibition lithography”为题发表在Advanced Photonics 上。

 

图1 论文原文展示团队深入研究发展了暗斑调控技术、双通道调控技术、边缘光抑制技术、防漂移技术、三维模型解析技术和新型光刻胶技术。所研制的装置刻写效率比市面上的单通道装置产品提升一倍，最小二维线宽达到40 nm，空间悬浮线横向线宽稳定在20-30 nm。基于偏振独立调控技术，实现了通道间的独立控制，双通道可以并行打印不同的任务。突破了传统并行方法局限于周期性结构打印的问题，能广泛应用于制造非周期性结构和高度复杂结构。这进一步扩展了激光直写光学制造的潜在应用范围，使该装置有望成为可支持众多领域发展的实用支撑设备。

 

图2 双通道超衍射极限激光直写装置

图3 亚50 nm线宽结构

采用激光直写打印比特点结构在大数据光存储方面具有极大的应用潜力。图4展示了双通道系统在打印比特点图案上的能力，其中，(a)图是打印结果的扫描电子显微镜图，(b)、(c)图分别是(a)中黄色和蓝色方框的放大图，比特点的水平和垂直间距为200 nm，比例尺为1 μm。(a)图中的上半部分采用边缘光抑制打印，点结构间隙清晰可辨;相比之下，采用传统双光子打印的下半部分，点结构十分模糊。正常的单光束路径系统中，这两行必须单独打印;而在双通道系统中，两个图案可同时打印，可见该方法的效率是普通单光路系统的两倍。

图4 位点图形打印结果

为了测试实际3D纳米结构的并行打印效果，研究人员还打印了超材料结构立方体。打印结果如图5所示。

图5 超材料立方体打印结果在上述研究中，研究团队选择了两款滨松空间光调制器(SLM)作为核心实验仪器。

图6 滨松空间光调制器，点击获取产品资料超分辨双光子聚合需要将超快激光完美聚焦至衍射极限，抑制光则需构建为环形光束并精确与工作激光重合，对系统的像差、稳定性、位相调控精度和准确度都有极高要求。

刘旭教授和匡翠方教授团队在使用过滨松的SLM后表示：

系统中采用的两款滨松SLM分别用于实现对780 nm脉冲激发光和532 nm连续抑制光的调控。滨松SLM在超分辨双光子聚合系统作为光场调控的核心器件表现不俗，具有诸多优势功能：

具备完备的二次开发包及例程，方便科研人员完成自定义功能和应用程序开发;

高效率：采用介质反射膜，95%光利用率，充分利用激光能量;

低吸收、高损伤阈值：可使用较高功率激光以实现多路并行操作，即使在无水冷情况下也具备高功率适应性和稳定性;

精密准确的位相调节和位相稳定性：满足十纳米量级超分辨双光子聚合对光斑、对准、指向性的精密控制和稳定运行的要求;

外形设计简洁、紧凑，使用方便，易于集成。

图7 论文原文：滨松SLM可进行多焦点并行加工

滨松早在1980年就已经开始了空间光调制器的研发历程。本着探索人类未知未涉的精神，一代一代产品的更新换代，一代一代技术的推陈出新，到今年已经走过了42个年头。

图8 滨松空间光调制器发展历程

这几年，滨松中国工程师，比如说大家熟知的大师姐、梓爷，都不断地在滨松官微、B站账号、技术文章网站SHARE等平台推出了许多技术干货，涵盖产品剖析、参数解析、算法介绍、软件讲解、应用介绍、常见问题解答等等。(点击“空间光调制器”，即可获得往期文章合集。)

我们非常真诚地希望帮助用户了解SLM、用好SLM，将它带去广袤的应用世界，成为研究者们、制造者们开拓未知未涉的一份坚实力量。

审核编辑 黄宇