卡尔斯鲁厄双光子聚合三维微纳米加工系统

光子集成电路(PhotonicIntegratedCircuit，PIC)与电子集成电路类似，但不同的是电子集成电路集成的是晶体管、电容器、电阻器等电子器件，而光子集成电路集成的是各种不同的光学器件或光电器件，比如激光器、电光调制器、光电探测器、光衰减器、光复用/解复用器以及光放大器等。集成光子学可较广地应用于各种领域，例如数据通讯，激光雷达系统的自动驾驶技术和YL领域中的移动感应设备等。而光子集成电路这项关键技术，尤其是微型光子组件应用，可以很大程度缩小复杂光学系统的尺寸并降低成本。光子集成电路的关键技术还在于连接接口，例如光纤到芯片的连接，可以有效提高集成度和功能性。类似于这种接口的制造非常具有挑战性，需要权衡对准、效率和宽带方面的种种要求。针对这些困难，科学家们提出了宽带光纤耦合概念，并通过Nanoscribe的双光子微纳3D打印设备而制造的3D耦合器得以实现。双光子聚合的打印技术和方法有哪些？卡尔斯鲁厄双光子聚合三维微纳米加工系统

事实上，双光子聚合加工是在2001年开始真正应用在微纳制造领域的，其先驱者是东京大阪大学的Kawata教授以及孙洪波教授。当时这个实验室在nature上发表的一篇工作，也就是传说中的纳米牛引起了极大的轰动：《Finerfeaturesforfunctionalmicrodevices：Micromachinescanbecreatedwithhigherresolutionusingtwo-photonabsorption.》但是，这篇文献中还进行了另外一个更厉害的工作，这两位教授做出了当时世界上特别小的弹簧振子，其加工分辨率达到了120nm，超越了衍射极限，同时还没有使用诸如近场加工之类的解决方案，而是单纯的利用了材料的性质。来自不来梅大学微型传感器、致动器和系统(IMSAS)研究所的科学家们发明了一种全新的微流道混合方式，使用Nanoscribe公司的3D打印系统，利用双光子聚合原理（2PP）结合光刻技术，将自由形式3D微流控混合元件集成到预制的晶圆级二维微流道中。该微型混合器可以处理高达100微升/分钟的高流速样品，适用于药物和纳米颗粒制造，快速化学反应、生物学测量和分析药物等各种不同应用。卡尔斯鲁厄双光子聚合三维微纳米加工系统Nanoscribe中国分公司-纳糯三维科技（上海）有限公司带您一起揭秘双光子聚合的加工原理。

Nanoscribe的PhotonicProfessional设备可用于将不同折射率的龙勃透镜和其他自由形状的光学组件打印于微孔支架材料上（例如孔状硅材及二氧化硅）。突出特点是不再像常规的双光子聚合（2PP）那样在基体表面进行直写，而是在孔型支架内。通过调整直写激光的曝光参数可以改变微孔支架内材料的聚合量，从而影响打印材料的有效折射率。采用全新SCRIBE技术（通过激光束曝光控制的亚表面折射率）可以在保证亚微米级别的空间分辨率同时，对折射率的调节范围甚至超过0.3。为了证明SCRIBE新技术的巨大潜力，科研人员打印了众多令人瞩目的光学组件，例如已经提到的龙勃透镜。此外科研人员还打印了消色差双合透镜（如图示）。通过色散透镜聚焦的光因波长不同焦点位置也不尽相同。通过组合不同折射率的透镜可帮助降低透镜的色差。在给出的例子中，成像中的荧光强度和折射率高度相关，同时将打印的双透镜中的每个单独透镜可视化。

Nanoscribe公司成立于2007年，总部位于德国卡尔斯鲁厄，秉持着卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的技术背景的德国卡尔蔡司公司的支持，经过十几年的不断研究和成长，已然成为微纳米生产的带领者，一直致力于推动诸如力学超材料，微纳机器人，再生医学工程，微光学等创新领域的研究和发展，并提供优化制程方案。如今，Nanoscribe客户遍布全球30个国家，超过1500名用户正在使用Nanoscribe3D打印系统。这些大学包含哈佛大学、加州理工学院、牛津大学、伦敦帝国理工学院和苏黎世联邦理工学院等等。为了拓展并加强中国及亚太地区的销售推广和售后服务范围，Nanoscribe于2017年底在上海成立了独资子公司-纳糯三维科技（上海）有限公司。自Nanoscribe进军中国市场以来，已有20多家出名大学和研究所成为了Nanoscribe用户，其中包括多所C9前列高校联盟成员，例如：北京大学，复旦大学，南京大学等等。Nanoscribe的双光子聚合技术具有极高设计自由度和超高精度的特点。

Nanoscribe的PhotonicProfessionalGT2双光子无掩模光刻系统的设计多功能性配合打印材料的多方面选择性，可以实现微机械元件的制作，例如用光敏聚合物，纳米颗粒复合物，或水凝胶打印的远程操控可移动微型机器人，并可以选择添加金属涂层。此外，微纳米器件也可以直接打印在不同的基材上，甚至可以直接打印于微机电系统（MEMS）。双光子灰度光刻技术可以一步实现真正具有出色形状精度的多级衍射光学元件（DOE），并且满足DOE纳米结构表面的横向和纵向分辨率达到亚微米量级。由于需要多次光刻，刻蚀和对准工艺，衍射光学元件（DOE）的传统制造耗时长且成本高。而利用增材制造即可简单一步实现多级衍射光学元件，可以直接作为原型使用，也可以作为批量生产母版工具。双光子聚合技术是近年发展起来的在利用光的原理上不同于普通光聚合和光交联的一种新型的光聚合技术。卡尔斯鲁厄双光子聚合三维微纳米加工系统

双光子聚合技术（2PP）是一种“纳米光学”3D打印方法。卡尔斯鲁厄双光子聚合三维微纳米加工系统

双光子聚合（2PP）是一种可实现比较高精度和完全设计自由度的增材制造方法。而作为同类比较好的3D微加工系统QuantumXshape具有下列优异性能：首先，在所有空间方向上低至100纳米的特征尺寸控制，适用于纳米和微米级打印；其次制作高达50毫米的目标结构，适用于中尺度打印。高速3D微纳加工系统QuantumXshape可实现出色形状精度和高精度制作。这种高质量的打印效果是结合了特别先进的振镜系统和智能电子系统控制单元的结果，同时还离不开工业级飞秒脉冲激光器以及平稳坚固的花岗岩操作平台。QuantumXshape具有先进的激光焦点轨迹控制，可操控振镜加速和减速至比较好扫描速度，并以1MHz调制速率动态调整激光功率。QuantumXshape带有独特的自动界面查找功能，可以以低至30纳米的精度检测基板表面。这种在比较高扫描速度下的纳米级精度体现，再加上自校准程序，可在特别短的时间内实现可靠和准确的打印，为3D微纳加工树立了新榜样。这些优异的性能使QuantumXshape成为快速原型制作和应用于微纳光学、微流体、材料表面工程、MEMS等其他领域中晶圆级规模生产的理想工具。卡尔斯鲁厄双光子聚合三维微纳米加工系统