近日，國際頂尖學術期刊《Nature》正式刊發了一項在增材制造領域取得突破性進展的研究論文——3D nanolithography with metalens arrays and spatially adaptive illumination (Nature2025, 648, 591-599)。該研究由美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室與斯坦福大學等機構合作完成，展示了一種能夠實現厘米尺度、納米精度、高通量三維制造的新一代光刻平臺。本研究的關鍵組成部分之一，是采用了濱松公司的空間光調制器(LCOS-SLM，型號 X15213-02R)，其卓越的性能為研究的成功提供了堅實保障。

研究背景：攻克三維納米制造的核心瓶頸

當前，基于雙光子聚合的激光直寫技術是制造高精度三維微納結構的主要手段。然而，該技術長期受限于其串行加工模式，存在吞吐量低、難以制造大尺寸器件等問題。傳統技術依賴于高數值孔徑物鏡，其有限的視野導致在打印厘米級物體時必須進行多次拼接，從而引入錯位缺陷，并顯著增加制造時間，嚴重制約了該技術的實際應用。

技術突破：超構透鏡陣列實現大規模并行制造

本研究摒棄了傳統的顯微物鏡，創新性地采用超構透鏡陣列作為核心光學引擎。該陣列由數萬個微米級單元透鏡組成，能夠將一束飛秒激光轉換為超過12萬個獨立的、高性能的聚焦光斑。

這一設計從根本上實現了從“單點掃描”到“面陣并行”的制造范式變革。研究團隊成功演示了該平臺的多項卓越能力：

超高吞吐量：達到了每秒 1.2×10?體素的打印速度，并實現了單日制造數千萬復雜微結構的能力;

大尺寸無缺陷成型：在超過12平方厘米的面積上成型三維結構，幾乎消除了因拼接產生的宏觀缺陷;

納米級分辨率：通過精確控制，實現了最低113納米的線寬，展現了優異的加工精度。

濱松SLM核心價值：實現精確的自適應光場調控

在該平臺中，濱松的LCOS-SLM扮演了不可或缺的角色，其主要價值體現在三個方面：

像素級光場調控

SLM作為動態可編程的光學元件，能夠對入射激光束的強度進行像素級灰度調制。這使得研究人員可以獨立控制陣列中每一個焦點的“開關”狀態與強度，為打印復雜三維結構提供了前所未有的靈活性。

系統均勻性校正

在實際光學系統中，激光光束強度分布、透鏡陣列的制造差異等因素會導致焦點能量不均。利用SLM的可編程特性，研究團隊能夠生成補償圖案，對系統進行全局校準，確保了數萬個焦點性能的高度一致性，這是實現高質量、均一制造的基礎。

賦能智能打印算法

針對任意復雜的三維模型，研究團隊開發了自適應元光刻算法。該算法將模型分解為一系列打印指令，而每一指令都對應一個由SLM生成的特定光場圖案。濱松SLM的快速響應與高精度特性，是這一先進算法得以實現的關鍵。

圖1 濱松LCOS-SLM

此項研究對核心光學器件的性能提出了極為嚴苛的要求。濱松的X15213-02R型SLM在抗損傷閾值、光學效率、相位控制精度等關鍵性能上，經受住了考驗。在實際的應用場景中展現了滿足極限工況的可靠性能。

高抗損傷閾值：系統使用的飛秒激光脈沖峰值功率極高。濱松SLM專為高功率激光環境設計，能夠穩定工作，確保了系統的長期可靠性;

高光學效率：SLM的光學效率優于97%，最大限度地減少了光能損失，保證了到達加工區域的有效能量;

高精度相位控制：8比特的相位控制深度，為精細的灰度調節提供了堅實基礎，是實現亞衍射極限加工精度的保障。

濱松助力精密激光加工技術發展

濱松產品曾作為關鍵器件，助力了3個諾貝爾物理學獎的誕生。70余年來，更不斷地參與并見證了諸多科研和技術的突破。我們期待，此次這項革命性的納米制造技術能夠在微電子、生物醫療、量子信息等領域開辟新的應用前景。

為了幫助用戶在其研究中更好地使用LCOS-SLM，濱松中國推出了產品技術資料平臺，并組建了經驗豐富的本地技術支持團隊，可深入場景，提供產品應用落地保障。

圖2 長按識別二維碼，進入濱松LCOS-SLM專題頁

在精密激光加工這一領域中，除LCOS-SLM以外，濱松集團旗下產品NKT Photonic的高性能Origami XP飛秒激光系統也有著廣泛的應用。兩相協同，可共同構成更強大的激光加工一體化方案。

圖3 Origami XP飛秒激光系統

濱松將持續努力，通過深入地客戶需求理解、不斷地產品打磨、本地化服務體系的建設，與客戶工作在一起，助力其更多新突破的實現。

審核編輯 黃宇