新程序允许在现有材料内部进行更精确的缩微打印

3D 打印机通过分层熔化的塑料或金属来形成物体，但这只适用于大尺寸。制造分层步骤不可行的微型设备需要什么?如果可以直接打印到现有的三维材料中会怎样?

伊利诺伊大学香槟分校教授 Lynford Goddard 和 Paul Braun 的研究小组一直在合作开发这样一个过程。他们使用多光子光刻技术，用高强度激光在现有多孔材料内部进行打印。这使研究人员能够有选择地修改内部区域，并通过称为通过光束曝光或 SCRIBE 的次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该程序进行改进，使他们对最终设备的控制更加严格。新程序最近发表在ACS Photonics 上。

“我们能够证明制造透镜的效率从 36% 的基线提高到 49% 的新值，并且我们制造的 2D 线光栅使颜色均匀性有了明显改善，”Alexander Littlefield 说。戈达德小组的研究生和该研究的主要作者。“我们相信这项新技术将为大量光学元件设计打开大门。”

SCRIBE 是一种多光子光刻技术，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形成微孔并氧化成透明二氧化硅的硅。然后他们用一种叫做光致抗蚀剂的材料填充它，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才会改变它的光学特性——除非使用非常强的光，否则这个过程是非常罕见的。研究人员通过聚焦激光仅在特定区域产生高强度来利用这一点。这使他们能够在三个维度上为材料的光学特性创建定制设计，以“编写”光学组件。

过去版本的 SCRIBE 受到激光强度控制不完善的限制。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绘制光致抗蚀剂的密度图，并校正所需结果所需的激光功率。其次，他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错误。最后，他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相关效应。

通过结合这三项改进，研究人员可以更严格地控​​制其图案化设备，从而实现更精确、更有效的制造组件。为了展示他们方法的多功能性，他们制造了一个 100 x 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，可以再现 UIUC 徽标的形状和颜色(见图)。

“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型光学元件，”戈达德说。