Разработана лазерная технология переноса вещества

Сотрудники Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) разработали новую технологию прямого лазерного переноса вещества - с помощью видимого света. Работой устройства, способного воспроизводить масляную живопись, осуществлять литографию и даже строить микросхемы, можно будет управлять так же, как и любым принтером - с помощью компьютера.

Взаимодействие лазерного излучения с веществом используется во многих технологических процессах - лазером режут, спаивают, плавят, зондируют различные среды и т.п. В самом начале 21 века к набору возможных действий, осуществляемых с помощью лазера, добавился перенос вещества давлением, возникающим в микрообъеме под действием импульса света. Технология, согласно которой этот перенос осуществляется, получила название "прямого лазерного письма". Первым инструментом лазерного письма были ультрафиолетовые лазеры, с их помощью можно создавать дисплеи экранов, осуществлять литографию, изготавливать миниатюрные электронные компоненты и источники питания. Однако помимо таких достоинств, как низкая пороговая энергия, малая глубина проникновения и возможность увеличения разрешения до нескольких тысяч точек на дюйм, лазеры ультрафиолетового диапазона имеют и существенные недостатки. Это высокая стоимость, необходимость использования специальной УФ оптики и стойких к УФ излучению материалов, невозможность переноса с помощью одного импульса большого числа элементов. Небольшая группа ученых из ФИАНа под руководством доктора технических наук Александра Насибова, первоначально занимающая в данной области лидирующие позиции, предложила новый способ осуществления лазерного письма - с помощью видимого излучения.

"Мы разработали технологию переноса вещества, в частности, масляных красок с помощью лазера на парах меди, работающего в режиме усилителя яркости изображения. С помощью такой технологии можно переносить не только отдельные элементы, но и целые фрагменты изображения. Усилитель яркости необходим для того, чтобы усилить яркость изображения до пороговой величины, при которой состоится выброс необходимого вещества, например, масляной краски", - рассказывает Александр Насибов.

Как выяснили исследователи, наиболее низкий энергетический порог переноса красок для лазера на парах меди можно получить, используя зеленое (510 нм) и желтое (578 нм) излучение. Было разработано несколько схем устройств для переноса вещества, одно из них - с лазером на парах меди в составе. Для демонстрации возможности "письма" масляными красками с помощью такого устройства ученые перенесли изображение суперобложки книги Поля Элюара "Письма к Гала" на пластиковые карты.

"Существенным преимуществом метода прямого письма, - уточняет Александр Насибов, - является возможность переноса на заданный объект различных веществ, в том числе и твердых, что невозможно при использовании обычных принтеров. Это основное и оно же принципиальное отличие. Для художников, например, открывается возможность писать картину масляными красками без кисти - сначала на экране компьютера, а затем с помощью техники перенести ее на холст".

Цвет перенесенного агрегата (фрагмента изображения) зависит от количества в нем пикселов, а также диаметра и цвета этих пикселов. Иными словами, путь к управлению или заданию цвета в каждой отдельной "точке" картины лежит через управление этими параметрами. "Капля (пиксел) может быть, скажем, диаметром 200 мкм, а в ней отдельные субпикселы 20 мкм, это позволяет воспроизводить изображение с очень высоким разрешением, и восприятие цвета будет практически таким же, как и при смешивании красок. Размер одного субпиксела определяется разрешением оптической системы - при наличии специальной оптики лазерное излучение можно сфокусировать до длины волны и даже меньше", - поясняет профессор Насибов.

Тем временем, исполнение и копирование масляных картин - не единственное применение разработанной технологии. На месте масляных красок могут быть тонкие пленки, органические соединения, полупроводниковые структуры и т.п., поэтому технология может быть с равным успехом использована и в электронной промышленности - для изготовления пассивных элементов микросхем (резисторов, ёмкостей, индуктивностей и т.п.) и органических светодиодов (а значит и органических дисплеев), а также для выполнения литографии, нанесения маркировок (в том числе и на металл) и т.п.
Максимальная скорость печати вязкими красками с помощью лазера на парах меди может достигать 80 см²/с, максимальная площадь переносимого за импульс массива (при средней мощности 10 Вт) ~10¯² см²