1月12日，光學(xué)學(xué)會(huì)（OSA）期刊《光學(xué)通信》（Optics Letters）上發(fā)表了法國菲涅爾研究所和馬賽中央經(jīng)濟(jì)學(xué)院（The Fresnel Institute and Ecole Centrale Marseille）的研究小組的研究成果，他們開發(fā)了一種利用二氧化硅納米顆粒和樹脂的混合物實(shí)現(xiàn)了激光3D打印玻璃復(fù)雜部件的工藝。

DOI: https://doi.org/10.1364/OL.414848.

新方法可以用來制作各種復(fù)雜的物體（圖片來源：osa.org）

使用傳統(tǒng)的逐層方法來構(gòu)建三維玻璃對象有幾個(gè)限制。印刷過程的速度受到建造層所需時(shí)間的限制，并且當(dāng)使用高粘性樹脂時(shí)，很難創(chuàng)建具有一致厚度的層。雖然可以使用多光子聚合來避免逐層方法，但是3D打印玻璃對象需要一種在初始液相和聚合后在激光波長下都是透明的材料。它還必須吸收一半激光波長的激光，以啟動(dòng)多光子聚合過程。

這種方法基于激光的多光子誘導(dǎo)聚合工藝來生產(chǎn)復(fù)雜的三維玻璃零件。使用聚焦的強(qiáng)激光束，通過非線性吸收過程，在激光束波長處聚合一種透明樹脂，該樹脂裝載有添加劑和二氧化硅納米顆粒。對象直接在體中創(chuàng)建，克服了逐層過程的限制。該工藝可通過連續(xù)脫脂和燒結(jié)工藝生產(chǎn)二氧化硅零件。利用體硅密度和由激光光斑大小決定的分辨率，獲得了厘米級(jí)的三維物體。

研究小組組長Gallais表示，“大多數(shù)3D打印過程都是一層一層地建立一個(gè)物體。”我們的新工藝通過使用激光束將液態(tài)前體轉(zhuǎn)化或聚合為固態(tài)玻璃，避免了這些工藝的局限性。”隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，這種新方法將有助于制造用于視覺、成像、照明或激光應(yīng)用的復(fù)雜光學(xué)器件。Gallais說：“這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵是基于Strickland和Mourou的啁啾脈沖放大（注1）技術(shù)的高功率超短激光器，后者在2018年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。”只有強(qiáng)烈和非常短的脈沖才會(huì)產(chǎn)生高精度的非線性光聚合，而且不會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)。”

注1：啁啾脈沖放大的基本思想即：

參量放大過程中，使泵浦光工作在高強(qiáng)的窄譜帶狀態(tài)，而信號(hào)光則是寬譜帶的啁啾脈沖，經(jīng)過非線性晶體的耦合放大后，再壓縮回飛秒脈沖。由于在光學(xué)啁啾脈沖參量放大中只有泵浦光和信號(hào)光同時(shí)在晶體中得到匹配時(shí)才能產(chǎn)生放大，因此在主脈沖之外的噪聲得到很好的抑制。同是因?yàn)楣鈱W(xué)參量放大的高增益，使得系統(tǒng)的光學(xué)介質(zhì)減少，由此降低了色散，避免了傳統(tǒng)CPA激光的B積分問題；另外晶體對抽運(yùn)光光和信號(hào)光都是透明的，可以防止熱效應(yīng)，這些都有助于光束質(zhì)量的提高。

編譯整理：YUXI