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<p>随着光学系统的蓬勃发展,光学器件的微型化、集成化、可调化将成为光技术的发展趋势。<br/>公司产品可喷射高粘度的流体,制作微透镜、导波管等微光学器件。</p>

光学

随着光学系统的蓬勃发展,光学器件的微型化、集成化、可调化将成为光技术的发展趋势。
公司产品可喷射高粘度的流体,制作微透镜、导波管等微光学器件。

典型案例

  • ▲ EUV光源锡液滴发生器

    光刻机是在半导体领域必不可少的设备,无论生产制造什么样的芯片,都脱离不了光刻机,如果说航空发动机代表了人类科技领域发展的顶级水平,那么光刻机则是半导体工业界最为耀眼的明珠,其具有技术难度最高、单台成本最大、决定集成密度等特点。而目前最为先进的光刻机是有荷兰ASML生产的EUV光刻机,华为麒麟990 5G版首次采用了7nm EUV技术,EUV技术也叫紫外光刻(Extreme Ultraviolet Lithography),它以波长为10-14nm的极紫外光作为光源的光刻技术。具体为采用波长为13.5nm的紫外线,目前1-4代光刻机使用的光源都属于深紫外光,而5代EUV光刻机则属于极紫外光。 本文主要介绍MicroFab的Inkjet技术在EVU上的应用。光刻是制造芯片的关键技术,光刻机通过光源发出的光通过具有图形的光罩(Reticle Mask,又称掩模版)在经过缩图透镜将光罩的图案照射到涂有光刻胶的硅片上,光刻胶在见光后会发生性质变化,从而使光罩上的图形在硅片上刻录,使硅片具有电子路线的作用。 EUV(极紫外光)的产生是通过激光将锡滴作为燃料使其产生等离子体的过程。LPP EUV(激光等离子体极紫外光源)是将高功率的的二氧化碳激光打在直径约为20μm的锡液滴上,通过高功率激光使锡滴膨胀蒸发形成锡蒸汽,然后将蒸汽加热产生等离子体,这个过程会产生极紫外光。产生EUV的燃料可以是锡(Sn)、氙(Xe)、锂(Li),由于氙(Xe)和锂(Li)在实际测试中其产生的功率及工艺无法达到生产要求,锡滴被作为EUV制造的理想燃料。 LPP EUV系统主要包括锡滴发生器、激光器、源收集器、辐射收集器组成。锡滴发生器用于产生作为燃料的锡液滴,用于产生20μm的锡滴;激光器用于提供能量源,用于激发锡滴,通过引导激光束至锡滴来激发锡滴产生等离子体;源收集器是一个中空的腔体,其内部为真空环境用于支持等离子体;辐射收集器接收EUV辐射,在产生等离子体的过程中会发生EUV辐射,通过辐射收集器进行收集并将辐射狙击成EUV光束进行后续工作。 其步骤为:1、锡液发生器使锡液滴落入真空室。2、脉冲式高功率激光器击中从旁飞过的锡液滴—每秒50,000次。Laser分为两部分,前脉冲和功率放大器。前脉冲和主脉冲击中锡液使其气化。3、锡原子被电离,产生高强度的等离子体。4、收集镜捕获等离子体向所有方向发出的 EUV 辐射,汇聚形成光源。5、将集中起来的光源传递至光刻系统以曝光晶片。 EVU的锡液滴发生装置主要是由MicroFab提供的喷墨压电头组装而成。锡滴发生器主要包含储液器、锡材料、定制化的压电喷头、加热器。储液器用于存储燃料液体,燃料液体由锡材料制成,在超过235℃高温下融化,在气体压力作用下通过压电喷头挤出,由于瑞利破碎形成液滴。 锡滴产生原理:定制化的压电喷头中心一端有3-5μm的小孔为毛细玻璃管,毛细玻璃管外壁粘结压电陶瓷,压电陶瓷在电信号的作用下会发生形变产生振动,振动从压电陶瓷传递至毛细玻璃管。储液器连接至毛细玻璃管的另一端,储液器中的锡材料在加热到高于235℃时形成锡溶液,锡溶液在气压作用下从毛细玻璃管挤出,产生束流。在没有压电陶瓷的情况下,束流将在液滴发生一段距离(约喷嘴直径的100-1000倍)后自然破碎形成液滴,其液滴直径大约为喷嘴直径的2倍或略小,两液滴间隔是喷嘴直径的大约4.5倍,虽然毛细玻璃管外壁没有压电陶瓷的作用液可以产生瑞利破碎,但压电陶瓷可以通过控制毛细玻璃管内的压力控制瑞利破碎,从而使形成液滴的位置更加明确。 如果喷嘴的直径为4μm,燃料液滴可以通过瑞利破碎形成约7μm直径的液滴,液滴分开大约18μm的距离,喷嘴的液滴产生速率对应的瑞利频率与喷嘴处燃料的平均速度和喷嘴的直径相关。 虽然在没有压电陶瓷制动的情况下也可以发生燃料液体束流的瑞利破碎,但压电陶瓷可以通过控制毛细玻璃管内的压力控制瑞利破碎,调制毛细玻璃管内的压力调制离开喷嘴的液体燃料的排出速度,并使液体燃料的束流在离开喷嘴之后以受控制的方式直接破碎为液滴。如果通过压电陶瓷施加的频率足够接近瑞利频率,则燃料液滴形成,液滴被分开的距离由离开燃料喷嘴的平均排出速度和由压电陶瓷施加的频率决定。

  • ▲ EUV光源液态金属液滴发生器

    在基于使用液态金属液滴目标的激光等离子体的高亮度EUV光源的研究中,相关研究团队展示了基于激光等离子体的极紫外(EUV)辐射源的研究,该激光等离子体是由于纳秒Nd:YAG激光器的辐射与由低温共晶铟锡合金组成的液态金属液滴目标相互作用而产生的。液滴发生器使用商用喷头(MicroFab)构建,并根据强制毛细管射流分解原理进行操作。证明了液滴质心位置的长期空间稳定性,均方根偏差为~0.5 μm。使用低温工质代替纯锡提高了液滴发生器的可靠性和使用寿命。对于液滴目标上激光辐射的时空平均功率密度4×1011Wcm-2和辐射等离子体直径~80μm,激光能量转换为EUV辐射能量的平均效率为13.5±0.135nm等于2.3% (2π sr)–1。使用双脉冲方法,研究人员对源操作的重复脉冲机制进行了建模,并证明了其稳定运行的可能性,重复率高达8kHz,液滴生成重复率超过32kHz,这将允许源亮度大到 ~0.96kW(mm2sr)–1。(上图显示了在激光脉冲冲击后1.3毫秒时液滴的阴影照片,从与激光光轴成90度和17度的两个方向拍摄。液滴直径83μm,液滴重复频率33kHz,Plas=2×1011Wcm2。在图a中,聚焦激光束从右向左传播,在图b中,与图像平面成17°,液滴序列中心的白色辉光是目标等离子体的辉光,图a中液滴轨迹左侧的黑色形成和图b中的黑色圆圈对应于具有以下形状的变形目标液滴具有弯曲边缘的薄圆盘。对于超过2.3毫秒的延迟,可以观察到出现在这个圆盘上的破裂,并且它开始分裂成小碎片。很容易估计,在这种情况下,圆盘厚度不超过200-250nm,并且由于烧蚀而导致的目标物质的蒸发会降低该厚度。)

  • ▲ 微透镜阵列打印

    上世纪九十年代,光电子学和微电子学相互渗透形成微光学(Micro-Optics),微光学元件中,微透镜阵列尤为重要,它在照明、成像、光通信等方面发挥重要作用。微透镜阵列是由直径在10μm到1mm之间的微透镜按照一定的排列组合而形成的阵列,其透镜尺寸小,可用于光信息处理、光计算、光互连、光数据传输、生成二维点光源,也可用于复印机、图像扫描仪、传真机、照相机,以及医疗卫生器械中。此外,微透镜阵列器件也实现了微型化和集成化,使得其具有很强的适应性,可广泛用于通信、显示和成像器件当中。用于半导体激光器的椭圆形折射微透镜阵列,能够实现激光器的聚焦与准直,激光二极管(LD)的光束整形, 它还可用于光纤、光学集成回路之间,实现光器件的有效耦合。在光纤通信中,椭圆形微透镜将来自自由空间的光耦合进光纤,并校准从光纤出来的光。目前微透镜阵列己经在原子光学领域有所应用,利用微透镜阵列做成原子波导、分束器、马赫一曾德尔干涉仪或利用其捕获原子或者对中性原子进行量子信息处理。因此对于微透镜阵列使用材料,制作工艺和用途方面的研究十分必要。 MicroFab使用喷墨打印方法,用于数据驱动的微光学元件的制造,如折射透镜阵列,将多模波导和微透镜/传感器沉积在光纤/光纤束的尖端。用于微光学MJ点胶装置打印的材料包括光学粘合剂,uv固化聚合物和指数调整热塑性塑料配方。MicroFab研发的高温打印头用于在220℃以下的温度下分发光学材料,目前该发明已取得相关发明专利。通过改变工艺参数,已制造出不同尺寸的球形和圆柱形平面凸透镜阵列,尺寸范围从80μm到1mm、精度仅为几微米。

  • ▲ 圆形微透镜阵列

    具有圆形基板印记的微透镜的微喷打印涉及在每个目标基板位置一个或多个适当大小的微滴的沉积和原位固化。 如上图UV固化树脂透镜体SEM照片所示,可以打印填充因子相对较高的半球形微透镜阵列,用于聚焦或成像应用。上图是使用MicroFab喷墨打印技术打印在125μm中心的直径100μm半球形平凸微透镜阵列。

  • ▲ 变形微透镜阵列

    可以为自由空间互连应用进行微喷打印的非圆形或“变形”微透镜包括那些具有椭圆形、方形和矩形基板足迹的微透镜。具有这些配置的小透镜通过稍微不同的过程打印,其中光学材料的连续微滴沉积在相邻位置,以便它们在固化过程中顺利聚结。 半椭圆微透镜是通过在高温下沿着温度受控基板上的一条线沉积微滴并调整它们的间距来实现所需的几何形状来打印的。如上图上方所示(四个半椭圆微透镜,284μm X 146μm X 20μm 高,在基板平面(左)、“快”(f/1.5)焦平面(中)和“慢”(f/3.2)焦平面(右)中观察。),四个透镜阵列位于衬底上方三个不同的高度,每个透镜由6个35μm的光学热塑性微滴打印在40μm中心的30℃玻璃上。这里首先将基板后面的准直照明置于水平位置由于小透镜围绕其短轴的曲率,“快”焦平面中的线焦点,然后由于长轴曲率,“慢”焦平面中的垂直线焦点(小透镜速度,f/#,是焦距与孔径的比值,这里是沿适当曲率半径的长度或宽度。)。当沿线沉积光学材料期间液滴间距增加时,会到达一个点:沿主轴的曲率变平,半椭圆微透镜变成圆柱形,只有一个焦平面,如上图左下方所示(在焦 (f/1.3) 平面(左)和剖面(右)中显示的 宽165μm、高37μm的打印柱面微透镜。)。可以印刷这种圆柱形微透镜阵列用于互连应用,例如单轴准直或二极管聚焦激光阵列。通过扩展到二维,可以打印接近方形或矩形微透镜的相邻液滴的沉积,如上图右下方所示(在焦 (f/0.76) 平面(左)和剖面(右)中显示的高速打印的300μm方形和50μm高的微透镜阵列。),用于各种光检测器效率增强应用。

  • ▲ 同轴微透镜

    折射微透镜的结构可以被微喷打印,从凸/平半球、半椭圆、方形到凸-凸。 后一种配置(如上图的照片所示)是通过在125μm厚的玻璃基板的相对两侧同轴打印两个平/凸小透镜来制造的(使用MicroFab喷墨打印技术,上方透镜的直径为625μm,下方透镜的直径为860µm)。 这种微透镜的几何形状,对于传统的光刻方法来说更具挑战性,可潜在地用于减小例如光学记录应用中的焦点尺寸。

  • ▲ 智能像素阵列中的微透镜

    VCSEL已被公认为低成本光源。它们可以非常大规模地单片制造。由于光束垂直于表面发射,因此VCSEL在晶圆级进行测试。可以直接从晶片上切割出一维和二维阵列。PD是基本的光检测设备。通过集成 Si ASIC,智能像素阵列可以执行光学检测和互连,并通过VLSI架构进行计算增强。上图为智能像素阵列模块和在模块中的打印的250μm直径微透镜阵列,下方带有VCSEL。6个VCSEL打开(照片来自霍尼韦尔)。上图左侧显示了一个智能像素,包括一个VCSEL阵列和一个相邻的探测器阵列,上面有两个微透镜,用于准直激光输出光束并将返回光束聚焦到检测器元件中。与衍射透镜相比,打印微透镜具有更高的耦合效率和折射透镜的波长独立性,因此被选择用于该应用。 上图右侧显示了该智能像素模块和其中包含的打印了微透镜阵列的照片。这些阵列以32个芯片图案使用MicroFab喷墨打印技术打印在直径为3英寸的薄石英晶片上。每个芯片由两个16x16相同的阵列组成,每个阵列的直径为250μm,下垂微透镜为60μm,每个晶片总共有16,384个微透镜。每个阵列中的微透镜打印在500μm中心,两个阵列沿对角线相互偏移250μm。

  • ▲ 微透镜阵列

    晶圆级(Wafer-level)制造的微光学元件阵列。喷墨打印微透镜在MEMS上的应用包括微光学器件,光纤束,光波导和激光器等。喷墨打印微透镜已被用于提高垂直腔面发射激光器的耦合效率,而不会造成明显的光学损失。上图显示了使用MicroFab喷墨打印技术打印在直径100μm GaAs SU8柱上用于垂直腔面发射激光器耦合的微透镜。

  • ▲ 光纤传感器微透镜阵列打印

    光纤传感器可用于传统传感器不能使用的情况下执行难度较高的一些测量应用。这种传感器通常结构紧凑、质量轻、耐腐蚀,并且可以多路复用。它们不受电磁干扰,能在恶劣环境中应用。由于各种分析物的测量需要促进了光学传感器阵列的发展,并可用于样品的完整化学色谱的测量。例如,多个感测化学物可以连接到光纤传感器的光纤末端,并且不同的感测化学物可以通过空间或光谱分辨率来识别。(图a为劳伦斯国家实验室制造的显微光度计原型,其中使用了MicroFab Technologies打印的传感元件;图b为在光纤尖端打印荧光染料制备出的显微光度计的示意图) 利用喷墨技术在可接触的光学表面打印一种或多种标记化学试剂。其中一个常见的例子就是光纤的尖端。该方法提供了一种通过使用多种MJ喷头分配几何形状来精确打印不同材料的图案。每种化学试剂可包含一个或多个光能吸收染料,其光学特性随目标分析物的变化而变化。 通过荧光光谱可以监测每个传感器的特性,并且能对目标分析物进行灵敏度检测和定量分析。通过光学成像方法对这些分析物进行同步检测和测量,并在空间上记录每个打印出的微点阵。(图c为喷墨打印在光纤束末端的生物传感器透镜)

  • ▲ 光纤上的微透镜

    喷墨技术可用于在单/多模光纤的尖端中心打印一个小的球形微透镜,如上图所示(直径 70μm的微透镜打印在直径125μm的光纤尖端以增加NA。),形成一个整体装置,用于提高光耦合或光纤和其他光学/光电元件之间的收集效率。

  • ▲ 光纤上的微透镜

    球形微透镜也可以直接印刷在光纤的尖端上,如图 6 所示,以增加它们的有效数值孔径,以接收来自二极管激光器等光源的光。 在这里,纤维尖端的边缘限制了沉积的材料,根据沉积的微滴的数量和大小,能够控制打印的小透镜曲率,从而控制纤维接受角。上图是直径140μm的光纤,其尖端使用MicroFab喷墨打印技术打印有不同曲率半径的微透镜。

  • ▲ 打印到光纤上的透镜用于准直

    单模光纤输出光束的准直也可以通过在其尖端打印微透镜来实现,但所需的几何形状与增加光纤NA所需的几何形状完全不同。光线追踪建模表明准直需要更大的微透镜,该微透镜从尖端纵向偏移小透镜焦距。作为使用打印微透镜实现准直的首选方法,相关研究团队在光纤末端使用石英夹头以获得所需的几何形状,如上图右侧所示。这些5mm长的夹头的内径和外径分别与光纤外径和目标透镜直径相匹配。石英是首选的夹头材料,因为它的折射率低于用于打印微透镜的光学材料,因此可以在光纤尖端和透镜入口侧之间提供一些波导优势。制造过程包括将该夹头滑过光纤末端并将其粘合到位,夹头伸出光纤末端所需的透镜偏移距离。在垂直安装这个“杯”组件并将其与打印轴对齐后,将 50μm的光学环氧树脂微滴微喷射到杯中以将其填充到夹头的顶部,并在其上构建具有最佳曲率半径的凸透镜表面。在多模光纤打印的情况下,夹头的外边缘定义了打印的微透镜直径,因此通过改变光学材料液滴的总数,曲率半径可以在很大范围内变化。如上图左侧所示,带有夹头和打印了微透镜的1550nm光纤的照片。(照片来自Nortel Networks)

  • ▲ 曲面微透镜打印

    上图左为较大透镜表面打印微透镜。上图右为光学材料环。 通过使用两种光学聚合流体,制备不同尺寸的微透镜,基地较大透镜的折射率较小,顶部微透镜的折射率较大,两种微透镜的相互扩散通常会在垂直方向上形成一个均匀梯度的扩散区。将此透镜结构构件在光纤顶部,可以通过此结构校准离开光纤的光。

  • ▲ 半柱面脊形波导

    在40℃玻璃上制备了高折射率(nD = 1.704)热塑性塑料,在145℃条件下,在625μm中心上制备了宽116μm、高35μm的半柱面脊形波导。

  • ▲ 多模波导

    打印多模波导的过程类似于用于半圆柱微透镜的过程,不同之处在于沉积的光学材料的折射率必须高于目标基板。利用软件可以打印任意的波导图案,可以精确地调整特征,例如分支点的数量和位置、转弯半径和段长度,如上图所示(1.74折射率光学热塑性塑料打印在玻璃上作为1-32分束器,分支宽120μm)。波导-基板界面的边缘平滑度约为传输光的波长,优于蚀刻波导。迄今为止,使用损耗高得令人难以接受的材料来编写波导,但低损耗材料的使用正在评估中。

  • ▲ 热可调液晶微透镜

    在“热可调液晶微透镜的按需喷墨打印”的研究中,相关研究人员展示了可变焦、偏振无关、液晶 (LC) 微透镜的按需打印(MicroFab,MJ-ABP-01-70)。通过仔细选择应用于玻璃基板的表面处理,作者能够沉积具有明确曲率和接触角的液滴,从而产生焦距约为300–900μm的微米级透镜。用光学偏振显微镜观察证实了液滴中LC导向器的同位排列,这与偏振无关焦距一致。结果表明,不同焦距的微透镜可以通过将连续的液滴沉积到基板上的相同位置来制造,然后可用于构建各种透镜尺寸和焦距的可编程和任意微透镜阵列。最后,作者利用 LC 有序参数的热依赖性来演示焦距的轻松调整。该技术有可能为生产可变焦、任意微透镜阵列提供低成本解决方案。(2017)

  • ▲ 电可调印刷双焦液晶微透镜阵列

    按需喷墨(DoD)喷墨打印(MicroFab 高精度纳米材料沉积喷墨打印系统 Jetlab®Ⅱ)是一种非接触式技术,可精确沉积皮升体积的墨滴以创建微米尺寸的物体。DoD打印的功能远远超出了基于接触的印刷方法,例如凹版胶印和丝网印刷,因为它在可以使用逐层方法在一定范围内沉积的各种材料方面提供了更大的灵活性基板和表面,包括柔性基板。液晶是一类具有独特电光特性的功能流体,为有源和无源光学元件的发展提供了巨大的机遇。相关研究团队将LC和DoD喷墨打印相结合,为功能性薄膜光学元件和器件(例如上图所示的可调微透镜阵列,喷墨打印的向列液晶阵列)的制造开辟了新途径。在适当准备打印基材以及精确沉积基于LC的油墨之后,可以设计出具有特殊光学特性的结构和配置。(2020)

  • ▲ 聚合物分散液晶(PDLC)薄膜

    传统的聚合物分散液晶(PDLC)薄膜已成功地作为用于隐私应用的电可切换屏幕。然而,为了产生视觉上吸引人的设计、标志或图像的薄膜空间图案化通常需要复杂的制造工艺,例如使用不允许按需设计的预制光掩模。在“用于图像集成智能窗的空间图案化聚合物分散液晶”的研究中,报道了使用按需喷墨打印(MicroFab 高精度纳米材料沉积喷墨打印系统 Jetlab®Ⅱ)的空间图案PDLC“像素”的制造和表征,并展示了如何使用这些材料形成由嵌入式图像或公司徽标组成的新一代智能窗口,可以通过施加电压使其消失。随着材料流变学的改进和随后单个PDLC液滴的成功沉积,PDLC像素阵列以每英寸250个像素的分辨率打印,单个像素尺寸为130µm,在E=的电场强度(E)下运行1.4 V μm−1。最后,使用本文开发的方法,这些打印的PDLC像素被排列成一个大学标志,该标志嵌入智能窗口中,可以通过施加电压使其消失。(上图上方为,在0和40Vpp下打印的PDLC液滴的偏振光学显微镜图像。图像中右上角的黑色双头箭头表示分析器和偏振器轴彼此平行对齐。交叉的白色双头箭头表示检偏器和偏振器的透射轴相互垂直。单个液滴直径为130 ±5µm,测得的器件厚度为14µm。上图下方为,用卤素光源照亮的波峰和图像用CCD相机记录。 从0到40Vpp施加1kHz频率的方波。)(2021)

  • ▲ 植物叶衍生荧光碳点

    在“用于传感、图案化和编码的植物叶衍生荧光碳点”的研究中,相关研究团队报告了一种用于制造荧光碳点(CD)的简单、低成本和绿色的途径,并展示了它们在传感、图案化和编码中的应用。各种植物叶子的热解产生明亮的蓝色发光CD,为大规模生产CD提供了一种无需表面钝化处理或使用有毒/昂贵的溶剂和起始材料的一步方法。此外,在使用等离子体和微波辅助技术处理后,CD的荧光强度得到了进一步的提高。所获得的CD可用作荧光传感平台,用于灵敏和选择性地检测Fe3+离子,也可用作用于打印用于防伪和光电应用的发光图案的荧光油墨。 该研究团队将这些CD用作打印图案的荧光碳墨水。喷墨打印已被证明是一种有用的技术,可以为导电电路、柔性电子和传感创建高度定义的图案。上图显示了CD溶液的喷墨打印过程。使用MicroFab高精度纳米材料沉积喷墨打印系统Jetlab®Ⅱ打印作为喷墨打印源的浓缩CDori氯仿溶液。施加电场以挤压压电材料,产生压力脉冲并驱动喷射的墨滴从喷嘴喷出,立即在纸基材上形成图案。值得注意的是,从CD溶液打印的图案在日光下不可见(上图b),但在紫外光下可见。如上图c-f所示,在纸质基材上形成了条码、二维码、竹子和梅花的荧光图案。CD的“可见”和“紫外可见”特性有利于其在防伪领域以及光电器件中的应用。(2013)

  • ▲ 针孔/微透镜阵列(P/MLA)

    在“制作针孔/微透镜阵列以提高整体成像3-D显示器的分辨率”的研究中,相关研究团队提出了一种新的具有针孔阵列的微透镜阵列(MLA)制造方法——针孔/微透镜阵列(P/MLA)用于集成成像3-D显示器(II),它结合了光刻和喷墨打印(MicroFab 高精度纳米材料沉积喷墨打印系统 Jetlab®Ⅱ)。黑色圆形凹槽阵列(BCGA)用作针孔阵列,激光3-D显微镜和自制装置已用于P/MLA的表征。结果表明,以BCGA为模板可以获得高精度的P/MLA。通过控制不同步长的驱动电压、喷嘴与基板的距离以及液滴的数量,P/MLA具有形貌光滑、大小不一、几何参数重复性好、聚焦均匀性好、会聚性能好等优点可以实现。为了演示,在II中应用曲率、焦距、数值孔径和F数分别为815.8μm、1.60mm、0.1311和3.8的P/MLA进行重建,表现出良好的重建性能和高分辨率,BCGA降低了杂散光对II的影响,提高了重建图像的质量。(2018)

  • ▲ 超薄聚合物膜

    在“定制复合腔中的回音壁激光和随机激光”的研究中,提出了一种复合腔来实现回音壁模式(WGM)激光和随机激光。WGM-随机复合腔由具有环形边界的随机结构组成,采用喷墨打印(Jetlab®4喷墨打印系统)和金属辅助化学蚀刻相结合的方法制造。超薄聚合物膜连接到WGM随机复合腔,形成聚合物激光装置。在光泵浦条件下观察到从WGM激光到随机激光的转变。通过改变WGM随机复合腔的参数,可以很容易地调整激光性能。这些结果为传感应用的集成光源设计提供了新的途径。(上图为使用喷墨打印和金属辅助化学蚀刻(MACE)方法制造回音壁模式(WGM)-随机复合激光器的过程。(a)稀释后的光刻胶油墨的喷墨打印工艺。(b)示意图,说明在边界处具有较高环形结构的超薄光刻胶微盘。(c)光刻胶微盘的显微图像。比例尺为 60 μm。(d)微盘边界处较高环状结构的原子力显微镜 (AFM) 图像。(e)在表面沉积一层银纳米粒子的过程。(f)装饰有随机中孔的圆盘状硅结构的刻蚀过程。(g)光刻胶的清洗过程(h)装饰有中孔的圆盘状硅结构的SEM图像。比例尺为100μm。(i)随机形状的介孔结构放大图的SEM图像。比例尺为1μm。Ag纳米粒子(NPs)用红色箭头表示。(j)在装饰有中孔的圆盘状硅结构上贴上发光聚合物薄膜。)(2020)

  • ▲ 光学信息存储

    NaYF4:Ln3+由于其突出的上转换特性,已成为生物成像、光学信息存储和防伪应用中最重要的发光纳米材料之一。然而,NaYF4:Ln3+纳米粒子的大比表面积通常会导致严重的非辐射跃迁,这可能会极大地阻碍具有前景应用的新光学功能的发现。在用于多维光学信息存储的NaYF4:Ln3+@NaYF4纳米粒子中带X射线的明亮持久发光的研究中,相关研究团队报道了单分散纳米级NaYF4:Ln3+出人意料地也可以是一种出色的持久发光(PersL)材料。具有表面钝化核壳结构的NaYF4:Ln3+纳米粒子表现出强烈的X射线带电PersL和可从480到1060nm可调的窄带发射。通过热释光测量和宿主参考结合能(HRBE)方案提出了NaYF4:Ln3+中PersL的机制,这表明一些镧系元素离子(如Tb)也可以作为有效的电子陷阱来实现强烈的PersL。均匀的球形NaYF4:Ln3+纳米粒子可分散在溶剂中,从而实现传统PersL荧光粉无法实现的许多应用。喷墨打印多色PersL纳米粒子展示了一种新的3维(平面空间的2维和波长的1维)光学信息存储应用。多色持久发光作为NaYF4:Ln3+中一种新兴且有前景的发光模式,将为纳米材料应用于更广泛的领域提供巨大机遇。在该研究中,研究人员借助纳米材料沉积喷墨打印系统(MicroFab Jetlab®4)用于制备具有三种不同发光墨水的纳米颗粒的多层图案。(2021)

  • ▲ 炫光膜片

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