北京
内爆雕刻法利用激光在水凝胶中形成空位，通过活性氧物种切断化学键，制造出精确的空洞。
研究人员开发出一种新型收缩技术，能够制造出可操控可见光的微型三维光子器件。该方法被命名为内爆雕刻法（ImpCarv），它先在材料内部制造空位，然后将其收缩至原始体积的近1/2000，从而产生具有高度精细特征的纳米结构。
麻省理工学院（MIT）团队制造了多种复杂形状的器件，包括螺旋结构和受蝴蝶翅膀启发的设计。这一突破有望支持未来的光学计算系统，以及其他依赖在极小尺度上操控光的技术。研究团队在其论文中表示：“我们设想ImpCarv可作为一种可扩展且经济高效的平台，用于制造纳米级精度的三维超结构。”
激光空位制造
光子器件能够操控和传输光，有望在未来光学计算系统中作为半导体芯片的高能效替代品。然而，现有制造方法难以达到引导可见光所需的100纳米分辨率，而可见光的波长范围在380至750纳米之间。
双光子光刻可以利用光制造三维纳米结构，但其分辨率仍高于100纳米。电子束光刻能在硅芯片上加工出更小的特征，但仅限于平面的二维结构。
为克服这些限制，麻省理工学院的研究人员基于早期的内爆制造概念，开发出一种名为“内爆雕刻”的方法。据《麻省理工新闻》报道，该技术利用激光激发一种光敏染料，使其产生活性氧物种，从而在水凝胶内部制造微小的空位。这些活性分子会切断水凝胶的化学键，形成精确靶向的空洞，这些空洞的光学性质与周围材料不同。
空位图案形成后，通过离子浸泡和超临界干燥两步工艺将水凝胶收缩。材料在每个维度上收缩十倍以上，体积缩小约2000倍，同时保留纳米级特征。
微型光学网络
为展示其技术的灵活性，研究人员制造了多种复杂的三维结构，包括一个螺旋结构和一个受蝴蝶翅膀启发的设计。其中一些结构极薄、高宽比极大，无法用传统的双光子光刻方法制造。
该团队还开发了一种光子器件，能够执行一项通常用于评估神经网络的简单数字分类任务。根据新闻稿，在演示中，该器件接收一个输入数字（例如1或5），并照亮与所检测数字对应的特定输出位置。
该器件依靠分布在整个水凝胶结构中的精心图案化空位来工作。当光穿过多个图案化层时，这些空位会使入射光发生衍射，从而使输出结果取决于输入系统的数字形状。研究人员将该装置描述为一种能够执行光学计算的纯光学系统。
据该团队介绍，这项技术允许在数百万个微小位置上控制材料属性，这带来了复杂的设计挑战，而深度学习算法可用于优化光学系统性能，以应对这些挑战。
研究人员如今计划将相同的原理应用于能够对微流控系统中流动的细胞进行分类的光学器件，这或许能实现血液样本中稀有循环肿瘤细胞的检测。该方法还有望支持高通量成像以及三维纳米流控器件的制造。
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