新程序允许在现有材料内部更精确地进行微印

诺伊大学厄巴纳-香槟分校教授林福德·戈达德(Lynford Goddard)和保罗·布劳恩(Paul Braun)的研究小组一直在合作开发这样的过程。他们使用多光子光刻技术在现有的多孔材料内用高强度激光打印。

这使得研究人员能够有选择地修改内部区域，并通过光束曝光或SCRIBE进行称为亚表面可控折射率的程序制造定制的小型光学设备。这两个研究小组最近宣布对这一程序进行改进，使他们能够对最终的设备进行更严格的控制。新程序最近发表在ACS Photonics上。

“我们能够显示制造透镜效率从基线的36%提高到49%的新值，并且由于我们制造的2D线光栅而导致的颜色均匀性明显改善，”戈达德小组的研究生亚历山大·利特菲尔德说。“我们相信，这项新技术将为各种光学元件设计打开大门。

SCRIBE是一种多光子光刻形式，它依赖于一种称为双光子吸收的机制。研究人员使用经过蚀刻的硅具有微观孔隙并氧化成透明的二氧化硅。然后，他们用一种叫做光刻胶的材料填充它，这种材料可以经历一个化学过程，只有当它同时吸收两个光子时，它才会改变其光学特性——除非使用非常强烈的光，否则这个过程非常罕见。

研究人员利用这一点，聚焦激光仅在特定区域产生高强度。这使他们能够在三维空间中为材料的光学特性创建自定义设计，以“写入”光学组件。

过去版本的SCRIBE受到激光强度控制不完美的限制。为了解决这个问题，研究人员在他们的文章中提出了对该技术的三项改进。

首先，他们使用双光子荧光成像系统来绘制光刻胶的密度并校正所需结果所需的激光功率。其次，它们通过在激光写入时调制材料的位置来消除在写入边界附近特别突出的误差。最后，它们在激光曝光之间引入了时间延迟，以最大限度地减少光刻胶相互作用中的时间依赖性效应。

通过结合这三项改进，研究人员实现了对其图案化设备的更严格控制，实现了更有效的更精确制造的组件。为了证明他们方法的多功能性，他们制造了一种100×100微米的光学设备，该设备可以改变光线以形成特定的颜色图案，即线光栅，再现UIUC徽标的形状和颜色。

“我们的工作表明，多光子光刻现在可以准确地制造具有其他制造方法尚不存在的新功能的微尺度光学元件，”戈达德说。