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雙光子無(wú)掩膜光刻技術(shù)解決了所謂的“臺(tái)階效應(yīng)”問(wèn)題
無(wú)論是桌面級(jí)還是工業(yè)級(jí)，常見(jiàn)的3D打印機(jī)工作原理都是分層制造，這使得層與層之間的精度很受限，存在所謂的“臺(tái)階效應(yīng)”。這使得3D打印機(jī)難以制造高精度的器件，如各種光學(xué)元件、微納尺度的結(jié)構(gòu)器件等等。
今天要給大家介紹的雙光子無(wú)掩膜光刻技術(shù)則解決了這個(gè)問(wèn)題，它被稱為雙光子3D打印，其實(shí)專業(yè)名稱應(yīng)該是雙光子激光直寫技術(shù)。為了理解這項(xiàng)技術(shù)，首先要知道什么叫做“雙光子吸收效應(yīng)”。物質(zhì)對(duì)光的吸收作用我們非常熟悉，以此為基礎(chǔ)的造物技術(shù)也很常見(jiàn)，比如用紫外光照射一些光敏聚合物質(zhì)，被光照射到的地方就會(huì)固化，成為固態(tài)的物體。如果您曾經(jīng)利用光敏填充膠補(bǔ)過(guò)牙齒，就會(huì)有更直觀的感受了。
中學(xué)物理中我們?cè)?jīng)學(xué)到過(guò)，絕大多數(shù)物質(zhì)對(duì)光的吸收都是將一個(gè)光子作為基礎(chǔ)單位進(jìn)行的吸收的，一次只能吸收一個(gè)光子。但是實(shí)際上，極少數(shù)情況下，由于物質(zhì)中存在特殊的能級(jí)躍遷模式，也會(huì)出現(xiàn)同時(shí)吸收兩個(gè)光子的情況，這就是“雙光子吸收效應(yīng)”。但雙光子吸收的條件非?？量?，它要求特定的物質(zhì)和*的能量密度。
通常情況下，物質(zhì)與光的相互作用是一種線性作用。常見(jiàn)的物體，如一塊玻璃或一杯水，對(duì)特定波長(zhǎng)的光透過(guò)率是一定的，吸收率也是一定的，這個(gè)比例并不會(huì)隨著光強(qiáng)度變化而變化，因此這種作用是線性的。但是雙光子吸收卻是一種三階非線性效應(yīng)，即隨著光能量密度的增加，該效應(yīng)會(huì)隨之加強(qiáng)。
這種非線性的雙光子吸收效應(yīng)使得微納尺度的3D打印成為可能。既然只有當(dāng)光強(qiáng)達(dá)到一定值，才會(huì)出現(xiàn)明顯的雙光子吸收效應(yīng)，那么若是將激光聚焦，則可以將反應(yīng)區(qū)域局域在焦點(diǎn)附近極小的位置。通過(guò)納米級(jí)精密移動(dòng)臺(tái)，使得該焦點(diǎn)在光敏物質(zhì)內(nèi)移動(dòng)，焦點(diǎn)經(jīng)過(guò)的位置，光敏物質(zhì)變性、固化，因此可以打印任意形狀的3D物體。
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