江蘇鐳射聯盟導讀：
3D鐳射印表機將更小巧經濟。
3D列印目前已深入人們的生活，鐳射列印則是3D列印增材製造的首選方法，因為它提供了所有方法中最好的空間解析度，並達到極快的列印速度。不過，由於用於紙張列印的傳統鐳射印表機中的鐳射非常小，研究人員早已研究出三維微結構和奈米結構的3D鐳射印表機。這類的印表機需要大型而昂貴的鐳射系統。
電子顯微鏡重建3D奈米結構列印的兩步吸收過程(左)和光學顯微鏡(右)。來源：Professor Rasmus Schröder, University of Heidelberg, Vincent Hahn,KIT
在鐳射列印技術中，一束聚焦的鐳射束被射向光敏液體。在焦點處，鐳射開啟一個特殊分子的開關，引發化學反應。反應導致材料的區域性硬化。透過移動焦點，任何三維微奈米結構都可以產生。這種化學反應是基於所謂的雙光子吸收，即兩個光子同時激發分子，從而引起所需的化學修飾。然而，這種同時激勵很少發生，這就是為什麼複雜的脈衝鐳射系統必須應用，導致鐳射印表機的尺寸更大。
鐳射、鐳射聚焦和光阻劑的有效非線性。
不過，現在研究有了新突破。德國卡爾斯魯厄理工學院(KIT)和海德堡大學的研究人員正研究出另一種方法，讓3D列印既便捷又經濟實惠。
他們設計使用一種廉價、小巧的藍色鐳射二極體，因此可以使用更小的印表機。這項工作發表在《Nature Photonics》雜誌上。
利用雙光子吸收或兩步吸收的三維鐳射奈米列印技術。
- 更緊湊的3d印表機，多虧了兩步流程
當使用所謂的兩步過程，更緊湊，更小的印表機可以實現。首先，第一個光子將分子轉移到中間狀態。在第二步中，第二個光子將分子從中間態轉移到期望的激發態，並開始化學反應。優點是，與雙光子吸收相反，兩個光子的吸收不一定在同一時間發生。“在這個過程中，可以使用緊湊型和低功率的連續波鐳射二極體，”該研究的第一作者，來自KIT的應用物理研究所(APH)的Vincent Hahn說。所需的鐳射功率遠低於傳統的鐳射指示器。不過印刷需要特定的光刻膠。APH的Martin Wegener教授說:“這些光刻膠的開發已經花了好幾年的時間，只有與化學家合作才能實現。”
兩步吸收光引發劑的簡化能級模型和速率方程計算。
Vincent Hahn說:“出版物顯示這個想法是可行的，甚至比以前使用的雙光子吸收更好。”對於Martin Wegener來說，這種優勢是顯而易見的:“用一個大行李箱那麼大的飛秒鐳射器，花費幾萬歐元；用一個針頭那麼大的半導體鐳射器，花費不到10歐元，兩者之間有很大的區別。現在，3D鐳射奈米印表機的其他部件也必須小型化。在我看來，未來幾年，一個鞋盒大小的裝置將成為現實。它甚至比我在KIT公司桌上的鐳射印表機還要小。”透過這種方式，3D鐳射奈米印表機可能會讓很多人負擔得起。專家們已經在討論3D鐳射列印技術的大眾化。
顏色變化:右邊用新型光刻膠印刷的微柱面呈白色，因為光在其海棉狀結構中分散，而用常規光刻膠印刷的柱面呈透明。來源：3DMM2O
來源：Two-step absorption instead of two-photon absorption in 3Dnanoprinting, Nature Photonics (2021). DOI: 10.1038/s41566-021-00906-8
江蘇鐳射聯盟陳長軍原創作品！
