近日，來自德國斯圖加特大學（University of Stuttgart）的研究人員以前所未有的性能和可重複性展示了一種微米尺度的光學3D打印技術——飛秒激光寫(xie) 入（femtosecond laser writing）。據悉，他們(men) 的這一技術可以在微米或者更小的尺度上創建幾乎任何類型的集成光學元件，可以幫助 實現儀(yi) 器設備的小型化，並使其用於(yu) 傳(chuan) 感或者電信方麵的應用。

在光學學會(hui) （Optical Society）旗下的研究雜誌《Optica》中，研究人員報告稱他們(men) 使用這種技術在一根隻有125微米直徑（相當於(yu) 人類的頭發直徑）的光纖中心直接製造了一個(ge) 隻有4.4微米小的光學元件。

“雖然飛秒激光寫(xie) 入技術目前還隻在實驗室裏得到了驗證，但是我們(men) 已經表明，它可以以一種高度可重複而且可靠的方式製造高性能的微型光學器件。”該項目的負責人Harald Giessen教授稱：“我們(men) 相信我們(men) 的方法可以擴展至批量生產(chan) ，用於(yu) 在小尺度上直接打印任何類型的光學元器件，從(cong) 而為(wei) 集成微米或者納米光學開辟了一個(ge) 新時代。”

據了解，這種飛秒激光寫(xie) 入技術主要使用一種波長非常短的激光選擇性地硬化光敏材料。該材料隻在激光聚集的一個(ge) 很小的3D區域裏硬化，而未硬化的材料隨後會(hui) 被衝(chong) 走，留下創建好的3D結構。

盡管在世界各地有許多實驗室都有自己的3D激光寫(xie) 入係統，但是這些家庭自製的係統往往對環境條件和激光源的變動比較敏感，因此不能可靠地創建高質量的微型光學器件。為(wei) 了克服這些問題，研究人員們(men) 使用了市場上的一款雙光子3D激光光刻係統。該係統是由Nanoscribe公司開發的，可以用來創建納米級的結構，十分穩定、可靠。

 “簡單地說，我們(men) 有個(ge) 東(dong) 西像筆一樣，可以在某種材料裏以3D的方式移動並創建結構，它的製造方式很像一台3D打印機，隻不過是在非常微小的尺度上。”Giessen解釋說：“而且它的可重複性也很好，如果你向不同的係統輸入同一組參數，得到的結果會(hui) 完全相同，甚至在一個(ge) 月後輸入，它的結果也會(hui) 完全相同。”

那麽(me) 這種技術目前有什麽(me) 具體(ti) 應用呢？研究人員介紹稱它可以用來創建光纖末端相位掩模板。通常情況下，光離開光纖末端的時候是服從(cong) 高斯分布的，也就是說，它中間亮邊緣暗。而研究人員可以借助相位掩模使其亮度均勻分布，或者形成特定的形狀。

“由於(yu) 該相位掩模是如此之小，而且又是在光纖端麵上直接創建，因此稍有一點偏差機會(hui) 使產(chan) 生的形狀出現偏差。”Giessen稱：“我們(men) 解決(jue) 了最困難的問題之一︰可重複地將一個(ge) 亞(ya) 微米級精度的相位掩模直接放置在了單模光纖的中心。”

實際上，采用激光直寫(xie) 的方法可以有多種方式創建光學元件。而研究人員們(men) 發現，無論是從(cong) 中心開始一環一環地創建相位掩模還是從(cong) 底部直接逐層創建，都能夠生成高質量結構。

據悉，由研究人員創建的相位掩膜有許多潛在的應用。比如，可以用於(yu) 很小的內(nei) 窺鏡的照明、產(chan) 生環狀的光並投放在一種液體(ti) 中作為(wei) 光陷阱來捕獲粒子或者細胞等，Lihong Wang稱，他是這項技術的發明者。