Advantages of Direct Laser Writing for Enhancing the Resolution of Diffractive Optical Element Fabrication Processes

В.В. Петров; А.А. Крючин; Є.В. Беляк; Д.Ю. Манько; І.В. Косяк; О.Г. Мельник

doi:10.15330/pcss.25.3.587-594

Автор(и)

В.В. Петров Інститут проблем реєстрації інформації НАН України, м. Київ, Україна
А.А. Крючин Інститут проблем реєстрації інформації НАН України, м. Київ, Україна
Є.В. Беляк Інститут проблем реєстрації інформації НАН України, м. Київ, Україна
Д.Ю. Манько Інститут проблем реєстрації інформації НАН України, м. Київ, Україна
І.В. Косяк Інститут проблем реєстрації інформації НАН України, м. Київ, Україна
О.Г. Мельник Інститут проблем реєстрації інформації НАН України, м. Київ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.25.3.587-594

Ключові слова:

дифракційні оптичні елементи, модуляційні диски, роздільна здатність, прямий лазерний запис, субмікронні структури, халькогенідні напівпровідники, тепловий режим експонування

Анотація

Розроблено та впроваджено технологію прямого лазерного запису кодових послідовностей на модуляційних дисках з забезпеченням високої точності і надійності процесу формування структурних елементів. Показано основні переваги застосування прямого лазерного запису у порівнянні з методом контактної літографії при формуванні елементів субмікронного розміру. Запропонована технологія характеризується високою роздільною здатністю і гнучкістю у налаштуванні параметрів системи оптичного запису, що робить її придатною для широкого спектра застосувань у галузі мікрооптики. Прямий оптичний запис як перспективний підхід збільшення роздільної здатності оптичних систем, що застосовуються при записі дифракційних оптичних елементів субмікронного розміру, оскільки відповідна технологія забезпечує можливість створення складних оптичних структур. У процесі роботи також було проведено детальну класифікацію актуальних підходів, що можуть бути використані для подальшого збільшення роздільної здатності системи оптичного запису, таких як нанесення на поверхню фоточутливого шару насиченого поглинача, використання лазерного пучка з інтенсивністю, що моделюється функцією Бесселя, а також синтез фоточутливих матеріалів з оптимізованою експозиційною характеристикою, що забезпечує високу ефективність та точність у процесі прямого лазерного запису.

Посилання

Iu.L. Vynnykov, S.F. Pichuhin, O.O. Dovzhenko, A.O. Dmytrenko, P.P. Voskobiinyk, A.V. Yakovliev, V.V. Petrov, A.A. Kryuchyn, V. M. Rubish, & M.L. Trunov, (2022). Recording of micro/nanosized elements on thin films of glassy chalcogenide semiconductors by optical radiation. Chalcogenides - Preparation and Applications. https://doi.org/10.5772/intechopen.102886.

А.В. Коротун, А.О. Коваль, А.А. Крючин, В.М. Рубіш, В.В. Петров, І.М. Тітов, Нанофотонні технології. Сучасний стан і перспективи. Ужгород: ФОП Сабов А.М. (2019).

Петров, В.В., Антонов, Е.Е., Крючин, А.А., Шанойло, С.М. Микропризмы в офтальмологии. Київ, Наук. думка, (2019).

S. Kar, Metamaterials and metasurfaces. Basics and trends. MDPI - Multidisciplinary Digital Publishing Institute. (2023); https://doi.org/10.1088/978-0-7503-5532-2.

V.V. Petrov, Z. Le, A.A. Kryuchyn, S.M. Shanoylo, M. Fu, Ie.V. Beliak, D.Yu. Manko, A.S. Lapchuk, E.M. Morozov, Long-term storage of digital information. Аkademperiodyka. Kyiv. (2018); https://doi.org/10.15407/Аkademperiodyka.360.148.

B. Berčič, A. Drnovšek, & D. Mihailović, Electron beam lithography. Handbook of Microscopy for Nanotechnology.287 (2009); https://doi.org/10.1007/1-4020-8006-9_10.

K. Stokes, K. Clark, D. Odetade, M. Hardy, P. Goldberg Oppenheimer, Advances in lithographic techniques for precision nanostructure fabrication in biomedical applications. Discov Nano, 18(1), 153 (2023); https://doi.org/10.1186/s11671-023-03938-x.

A.A. Kryuchyn, V.V. Petrov, S.O. Kostyukevych, High density optical recording in thin chalcogenide films. Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. 13(11-12), р.1487 (2011).

A.A. Kryuchyn, V.V. Petrov, V.M. Rubish, M.L. Trunov, P.M. Lytvyn, S.A. Kostyukevich, Formation of nanoscale structures on chalcogenide films. Physica Status Solidi (B). (2017); https://doi.org/10.1002/pssb.201700405 .

A. Karimbana-Kandy, J. Lumeau, J.-Y. Natoli, & K. Iliopoulos, 2D chalcogenide thin films for super-resolved laser structuring. EPJ Web of Conferences, 287, 04004 (2023); https://doi.org/10.1051/epjconf/202328704004.

R.-N. Verrone, A. Campos, M. Cabie, Te3 layers: development and characterization. Advances in Optical Thin Films VII, SPIE, Spain-2021. https://doi.org/10.1117/12.2597345.

D. Coiras, R.-N. Verrone, A. Campos, M. Cabie, L. Gallais, M. Minissale, J. Lumeau, J.-Y. Natoli, K. Iliopoulos, Laser Annealing of Sb2Te3 2D Layers towards Nonlinear Optical Applications. Optics 3, 234 (2022); https://doi.org/10.3390/opt3030023.

M. R. Wang, & X. G. Huang, Subwavelength-resolvable focused non-Gaussian beam shaped with a binary diffractive optical element. Applied Optics, 38(11), 2171 (1999); https://doi.org/10.1364/ao.38.002171.

B. Park, H. Lee, & S. Jeon, Inside front cover: Reflection‐mode switchable subwavelength bessel‐beam and gaussian‐beam photoacoustic microscopy in vivo. Journal of Biophotonics, 12(2), (2019); https://doi.org/10.1002/jbio.201970002.

O. Wheeler, Femtosecond vs. nanosecond laser damage threshold. Understanding laser damage mechanism differences between femtosecond and nanosecond lasers promotes efficiency and longevity of laser systems. Laser Focus World. Edmund Optics. (2024); https://www.laserfocusworld.com/optics.

N. Stsepuro, P. Nosov, M. Galkin, G. Krasin, M. Kovalev, & S. Kudryashov, Generating bessel-gaussian beams with controlled axial intensity distribution. Applied Sciences, 10(21), 7911 (2020); https://doi.org/10.3390/app10217911.

M.K. Bhuyan, F. Courvoisier, H.S. Phing, O. Jedrkiewicz, S. Recchia, P. Di Trapani, & J.M. Dudley. Laser micro- and nanostructuring using femtosecond Bessel beams. The European Physical Journal Special Topics, 199(1), 101 (2011); https://doi.org/10.1140/epjst/e2011-01506-0.

E. Stankevičius, M. Garliauskas, M. Gedvilas, & G. Račiukaitis, Bessel-like beam array formation by periodical arrangement of the polymeric round-tip microstructures. Optics Express, 23(22), 28557 (2015); https://doi.org/10.1364/oe.23.028557.

D.-I. Kim, H.-G. Rhee, J.-B. Song, & Y.-W. Lee, High-speed and Precision Auto-focusing system for direct laser lithography. SPIE Proceedings. (2009); https://doi.org/10.1117/12.825191.

Y. Yang, E. Jia, X. Ma, C. Xie, B. Liu, Y. Li, & M. Hu, High throughput direct writing of a mesoscale binary optical element by femtosecond long focal depth beams. Light: Advanced Manufacturing, 4(4), 1 (2023); https://doi.org/10.37188/lam.2023.042.

J. Jue, Z. Gan, Z. Luo, & K. Li, Direct laser writing of functional QD–polymer structure with high resolution. Materials, 16(6), 2456 (2023); https://doi.org/10.3390/ma16062456.

G. Chen, J. Zheng, Z. Wang, K. Zhang, Z. Mo, X. Liu, T. Gao, Y. Wang, & J. Wei, Fabrication of micro/nano multifunctional patterns on optical glass through chalcogenide heat-mode resist AgInSbTe. Journal of Alloys and Compounds, 867, 158988 (2021). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.158988.