使用亚衍射图案的灰度投影双光子光刻技术，实现超快且精确的纳米级3D打印

《Nature Communications》：Grayscale projection two-photon lithography using sub-diffraction motifs for ultrafast and precise nanoscale 3D printing

　　

摘要

快速且高保真的纳米级3D打印技术非常受欢迎，但由于速度与精度之间的权衡，实现这一技术颇具难度。尽管光学投影技术可以大幅提高打印效率，但由于难以精确控制整个区域的光照强度，打印质量会受到影响。为了解决这一问题，通常采用多次投影的方法，但这会降低打印速度。在这里，我们提出了一种基于灰度投影的双光子光刻技术来克服这一权衡。尽管使用了二进制掩模，该技术仍能够实现超过15,000个焦点的投影，每个焦点的强度均可独立调节。该技术巧妙地利用了光学衍射的原理，实现了对整个区域的灰度调节。通过直接调节焦点强度，我们成功抑制了邻近效应、补偿了不均匀的照明问题以及拼接伪影，并实现了每层仅需一个飞秒脉冲的快速3D打印。实验中，我们成功打印出了厚度仅为55纳米的纳米线，打印速度达到了每秒17亿个体素（17 billion voxels/s）以及每小时215立方毫米（215 mm3/h）的打印量。