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连续波二极管可以缩小 3D 激光打印的尺寸和成本

2022-1-9 21:13| 发布者: 前途无量| 查看: 86| 评论: 0

摘要: 德国卡尔斯鲁厄,—紧凑型桌面打印机可能很快会取代大型、昂贵的激光打印机,用于打印 3D 微米和纳米结构。卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)和海德堡大学的研究人员发明了一种两步3D打印工艺,可与蓝色激光二极管配合使用 ...

    德国卡尔斯鲁厄,紧凑型桌面打印机可能很快会取代大型、昂贵的激光打印机,用于打印 3D 微米和纳米结构。卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)和海德堡大学的研究人员发明了一种两步3D打印工艺,可与蓝色激光二极管配合使用,并可在小型廉价打印机上实现。


    脉冲激光系统已用于 3D 打印,因为它们支持双光子吸收——即同时吸收两个光子以将分子从一种状态激发到更高能量的状态。双光子吸收触发化学反应,将材料硬化成 3D 打印结构。复杂的激光系统用于通过双光子吸收来诱导分子的同时激发。尽管飞秒激光器能够实现高效的双光子吸收,但它们也存在缺陷,包括高阶工艺、成本、可靠性问题和尺寸。


    在 KIT-海德堡大学团队开发的两步吸收过程中,一个光子将分子转移到中间状态。然后,第二个光子将分子从中间态转移到激发态。处于激发态的分子会引发打印 3D 结构所需的化学反应。与双光子吸收不同,两步过程中的光子不需要同时被吸收。


    研究人员说,在合适的条件下,两步吸收显示出与双光子吸收相同的二次光学非线性。印刷过程需要特定的光刻胶。研究人员与化学家合作,开发了一种光刻胶系统。该系统基于支持两步吸收的光引发剂。


使用两步吸收过程(左)和光学显微镜(右)打印的 3D 纳米结构的电子显微镜重建。 由海德堡大学的 Rasmus Schröder 教授和 KIT 的 Vincent Hahn 提供。


    研究小组认为,两步吸收可以代替双光子吸收作为主要的光学激发过程。两步 3D 打印过程所需的激光功率远低于传统激光笔所需的激光功率。


    “对于这个过程,可以使用紧凑和低功率的连续波激光二极管,”研究员文森特哈恩说。


     演示表明,两步吸收系统可用于打印最先进的 3D 纳米结构。在实验中,该团队使用了一种廉价、紧凑的连续波半导体激光二极管产生的约 100 μW 光功率,发射波长为 405 nm。哈恩认为,两步法比传统的双光子吸收法效果更好。


               KIT 教授 Martin Wegener 说:使用 10,000 欧元的大手提箱大小的飞秒激光器或使用针头大小且成本不到 10 欧元的半导体激光器有很大的不同。研究论文的作者。研究人员计划将 3D 激光纳米打印机的其他组件小型化。 对我来说,在未来几年里,一个像鞋盒一样大的设备看起来很现实,韦格纳说。 这甚至比我在 KIT 桌面上的激光打印机还要小。两步吸收过程可以促进 3D 激光纳米打印机的彻底小型化,同时大幅降低成本,使更多人能够负担得起。


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