阅读 | 订阅
阅读 | 订阅
企业新闻

激光直写进入三维时代:飞秒激光正在打开光子制造的新空间

激光制造网 来源:华日2026-09-09 我要评论(0 )   

在微纳制造领域,有一类技术正在持续受到关注:不依赖固定实体掩模,而是把数字设计直接转换成激光加工轨迹,让光束在材料上“写”出所需要的结构。这就是激光直写,Dir...

在微纳制造领域,有一类技术正在持续受到关注:不依赖固定实体掩模,而是把数字设计直接转换成激光加工轨迹,让光束在材料上“写”出所需要的结构。


这就是激光直写,Direct Laser Writing,简称DLW。


DLW并不是一种单一工艺。它可以用于二维图形曝光,也可以通过灰度控制形成2.5D结构;当加工进一步走向复杂三维结构时,飞秒激光开始体现出更独特的价值。相比传统平面光刻,DLW更灵活,也更适合复杂结构、快速迭代和小批量制造。


真正值得关注的是,激光直写正在从二维曝光,走向三维微纳制造,并进一步进入光互联与集成光子制造。



image.png





01

从“曝光图形”到“写入结构”



传统激光直写通常利用紫外或可见光对光刻胶进行曝光,把CAD、GDSII等数字版图直接转换成加工图形。通过进一步控制曝光剂量,还可以制造微透镜、衍射光学元件、自由曲面等2.5D结构。


而当加工目标从平面延伸至真正的三维结构时,飞秒激光展现出不可替代的作用。传统单光子直写受限于线性吸收,光束沿传播路径上的材料都会发生反应,因而无法实现内部的局部选择性加工。相比之下,飞秒脉冲在高度聚焦后可以在焦点处产生极高峰值光强,从而触发非线性双光子或多光子吸收。  这种非线性效应仅在光强极高的焦斑核心区域发生,成功将加工反应严格限制在极小的三维“体素(Voxel)”内。


也就是说,材料内部可以被精确地“写入”。


只要控制焦点在三维空间中运动,就可以逐点构建复杂微结构。对于双光子聚合,这意味着真正的三维微纳3D打印;对于玻璃等透明材料,则可以通过局部改性写入三维光波导和功能结构。


从这个角度看,飞秒激光改变的不只是加工精度,而是制造的维度。


image.png




02

激光直写正在进入哪些方向?



目前,飞秒三维直写的典型应用方向包括微纳3D打印、微光学、光纤端面器件、透明材料内部改性、三维光波导以及三维光子互连等。


其中,微纳3D打印依托双光子聚合,可以制造复杂微机械、微型机器人和精密三维结构;微光学则可以直接制造微透镜、自由曲面光学和局部耦合结构。


而对于华日激光深度聚焦的光互联与集成光子制造领域,三维激光直写正展现出不可替代的技术价值。



image.png





03

当DLW进入光互联:从“写结构”到“写光路”



随着硅光、光学I/O、光电共封装和高密度光子封装不断发展,系统中的光纤、激光器、光子芯片和光引擎越来越密集。它们往往处在不同高度、不同间距和不同空间方向上,模式尺寸也并不一致。


这意味着,未来光互联不仅要解决“有没有光”,更要解决“怎样把光准确地送到应该去的位置”。


三维激光直写提供了一种新的制造方式。


第一类,是透明材料内部三维光波导直写。


飞秒激光可以聚焦在玻璃等透明材料内部,通过局部折射率改性直接写入三维光波导。光路可以在材料内部重新排列和转向,用于三维光路重布线、Fan-in/Fan-out、玻璃光学中介层以及复杂光路连接。


对于多芯光纤、光纤阵列与光子芯片之间的连接,这种能力尤其有价值。原本位于不同位置的多个光通道,可以通过三维波导重新映射,为高密度光互联提供更大的空间自由度。


第二类,是光子引线键合(Photonic Wire Bonding, PWB)。


通过双光子聚合,可以直接在两个光子器件之间“打印”出自由形态的三维聚合物波导。它类似于电子封装中的键合打线,只不过传输的是光信号。  


芯片与芯片、激光器与硅光芯片、光纤与光子器件之间,均可通过 PWB 建立跨空间的三维光连接。它的核心优势在于:无需依赖极其昂贵且耗时的高精度机械对准,直写系统可根据器件实际安放位置实时适配轨迹,轻松解决高度差与空间错位;同时,三维波导还能自动完成不同器件间的模场尺寸匹配,大幅降低耦合损耗。


第三类,是直接制造微光学和耦合结构。


微透镜、模式转换结构、光纤端面微光学以及局部耦合器,都可以通过激光直写方式集成到芯片、光纤或封装接口附近。


这意味着,未来的光子封装可能不只是“把器件装起来”,还可以在封装过程中直接把一部分光学功能“写”出来。





04

集成光子制造:为什么需要三维能力?



电子互连可以通过金属线和过孔在复杂结构中完成布线,但光受到传播模式、弯曲损耗、耦合效率和界面反射等因素影响,对空间几何关系更加敏感。


当系统中只有少量光通道时,可以依赖精密装调解决;但当未来一个封装中出现几十、上百甚至更多光通道时,仅靠二维结构和机械对准,制造难度会迅速上升。


三维光波导可以负责光路重布线,PWB可以负责跨空间连接,微光学直写可以负责聚焦和模式转换。它们共同指向一个趋势:光子制造正在从“制造单个器件”,走向“制造三维连接关系”。


对于异构集成尤其如此。不同材料体系、不同厚度和不同接口的器件,很难天然处在完全一致的位置。DLW的数字化和三维自由度,正好适合处理这类非标准化光学连接。


image.png




05

华日激光:面向三维光子制造的飞秒光源



围绕微纳制造、透明材料加工和光子器件制造,华日激光持续推进FemtoCore飞秒产品体系,并提供多波长、多功率和多重复频率的飞秒光源平台。


Image




不同DLW工艺对光源要求并不相同。双光子聚合更关注峰值功率、聚焦质量和重复频率;透明材料内部光波导直写更关注稳定的能量沉积和光束质量;微光学和三维光子互连则对加工一致性和系统集成能力提出更高要求。


华日激光始终致力于打造稳定、高品质的工业级飞秒光源,助力三维光子制造工艺从实验室走向规模化产业应用。


从双光子聚合,到透明材料内部改性;从微光学结构,到三维光波导和三维光子互连,飞秒激光正在不断扩展激光直写的应用边界。


对于未来的光互联与集成光子制造而言,真正的难题已经不只是把芯片做出来,而是如何在越来越复杂的三维空间里,把光准确、高效地连接起来。


而飞秒激光提供了其中一种非常重要的制造能力:直接在材料内部写光路,或者在器件之间构建三维光学结构。

转载请注明出处。

激光,产业,科技,科研,激光雷达,产业链,项目,投产,投资
免责声明

① 凡本网未注明其他出处的作品,版权均属于激光制造网,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用。获本网授权使用作品的,应在授权范围内使 用,并注明"来源:激光制造网”。违反上述声明者,本网将追究其相关责任。
② 凡本网注明其他来源的作品及图片,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本媒赞同其观点和对其真实性负责,版权归原作者所有,如有侵权请联系我们删除。
③ 任何单位或个人认为本网内容可能涉嫌侵犯其合法权益,请及时向本网提出书面权利通知,并提供身份证明、权属证明、具体链接(URL)及详细侵权情况证明。本网在收到上述法律文件后,将会依法尽快移除相关涉嫌侵权的内容。

网友点评
0相关评论
精彩导读