劳伦斯利弗莫尔国家实验室与斯坦福大学的研究团队合作，开发出一种基于超构光学技术的突破性3D纳米制造方法，有望将双光子光刻技术从实验室规模的工艺转化为晶圆级生产工具。该方法的相关成果已于12月17日发表在《自然》杂志上。

该团队构建的平台利用大型超薄光学元件阵列(超构透镜)，将飞秒激光分成超过12万个可协同聚焦的光斑，从而在厘米级区域内实现并行写入。此方法能够制造最小特征尺寸为113纳米的复杂三维结构，其加工吞吐量据称可比现有商用系统快一千倍以上。LLNL材料工程师、项目首席研究员夏晓星表示：“当这套3D打印系统首次实现一厘米和三厘米的打印精度时……看到打印速度比我们的商用打印机快数百倍甚至数千倍，而且精度也如此之高，我们意识到这项技术取得了突破性进展。”

传统的双光子光刻技术受限于显微镜物镜，可加工区域通常仅为几百微米。新方法通过用高数值孔径的超构透镜阵列替代物镜，实现了并行打印与无缝拼接。论文第一作者、LLNL博士后研究员顾松云(音译)指出：“这意味着TPL终于具备了被产业界采用的潜力……随着晶圆级纳米制造技术的进步，我们有望像制造计算机芯片一样制造纳米材料和微器件。” 为提升加工灵活性，团队还集成了空间光调制器，以实现对每个焦点强度的实时调控。夏晓星补充道：“在项目进行过程中，我们发现通过动态地开关焦点并精心规划打印轨迹，我们实际上可以高度并行地打印出完全随机的结构。”

该方法被命名为自适应超材料光刻技术，其潜在应用涵盖微流控、量子信息、光子学、聚变能源及生物医学等多个前沿领域。该技术平台近期获得了2025年R&D 100大奖，显示出其向产业化推进的潜力。研究人员认为，随着更高功率激光器、更大尺寸超构透镜晶圆及更快调制器的应用，这一基于超构光学的3D纳米加工技术有望进一步加速复杂器件的制造进程。

更多信息： 作者Songyun Gu 等人，标题《基于超透镜阵列和空间自适应照明的三维纳米光刻》，发表于《自然》(2025)。期刊信息： 《自然》