Nanoscribe Quantum X align

Quantum X align

Quantum X align作为一流的3D打印系统具备了A2PL®专利对准双光子光刻技术,可实现在光纤和光子芯片上的纳米级精确对准。3D printing by 2GL®在实现优异的打印质量同时兼顾打印速度,适用于微光学制造和光子封装领域。

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Quantum X align
对准双光子光刻 技术(A2PL®)
推动光子封装创新

 

在光纤和芯片上进行打印

优化硬件和工作流程,实现在标准或定制光纤阵列和光子芯片上进行打印

纳米级精度3D对准技术

具备纳米精度的芯片和光纤上衬底拓扑测量和三维对准

3D printing by 2GL®

全新3D微纳加工技术,具有实时体素调谐,以实现卓越的打印质量和速度

3D printing by 2GL®
纳米级精确对准打印系统

具备对准双光子光刻技术(A2PL®)的Quantum X align是同类产品中最快、最先进的3D微纳加工系统。Nanoscribe独有的体素调谐技术2GL®可以在确保卓越的打印质量的同时兼顾打印速度,实现自由曲面微光学元件通过3D打印精确对准到光纤或光子芯片的光学轴线上。这些3D打印的微光学元件可作为自由空间微光学耦合(FSMOC)元素,实现光子器件之间的高效光耦合,以促进光子封装或用于微型成像光学发展。

 

Quantum X align打印系统正视图

从对准到打印一气呵成

集成光子学(PIC)或小型化医疗设备的封装通常需要各种微光学元件相互之间进行繁琐的放置和手动对准流程。Quantum X align完美简化了这一过程,实现了光子芯片或光纤芯上的光学接口自动检测,以及自由曲面微光学或衍射元件可直接打印到位。在实现更紧凑设备的同时减少了装配工差,并大大降低了工艺链的复杂性,避免了原本耗资巨大的手动对准流程。

对准光纤和光子芯片

当在单劈型光纤或v型槽光纤阵列上打印时,光纤照明单元和智能软件例程(如自动倾斜补偿功能)确保了精确对准,自动检测例程确保最低的耦合损失和最高的可重复性。

Quantum X Align还配置 了一个用于基板拓扑3D构图的共焦检测模块,并通过图案匹配实现对基准点的全自动3D对准。这使得Quantum X align成为将微光学元件直接打印到光子芯片表面或刻面上的完美工具,适用于光子封装领域。

精准实现您的想法

对准双光子光刻技术结合纳米级精确对准技术,以及强大且用户友好的工作流程,为三维微纳光学以外的其他微纳加工应用开辟了新的机会。从微流体到复杂的传感器系统或MEMS: Quantum X align是高精度3D微纳加工的完美工具,可在复杂3D衬底,甚至是倾斜或倾斜的结构上,以最高精度实现自动定位。

 

技术特点

  • 通过对准双光子光刻技术(A2PL®)实现高性能3D微纳加工
  • 2GL®双光子灰度光刻3D打印技术,兼顾卓越的打印质量和高效的打印速度
  • 用于3D打印的强大的nanoPrintX软件,实现对光纤芯和芯片以及其他基板的精确定位
  • 光纤照明单元用于光纤芯检测,确保打印精准对准到光纤的光学轴线上
  • 共焦检测模块用于3D基板拓扑构图,实现在芯片的表面和面上的精准打印对准
  • 专有的基板夹具,适用于光纤、光纤阵列和光子芯片
 

打印程序和工作流程

  • 基于双光子聚合(2PP)的高精度3D打印
  • 对准双光子光刻技术(A2PL®)用于相对于基准点或在光纤面上打印结构
  • 3D printing by 2GL®以惊人的速度和精准度打印任何自由曲面结构设计
  • 采用Dip-in激光光刻(DiLL)进行简单、可靠的设置
  • 3D对准检测准确度高达100纳米
  • 100纳米最低特征尺寸控制

3D printing by 2GL®
兼顾卓越的打印质量和高效的打印速度

我们绝不妥协!具备专利体素调谐技术的3D printing by 2GL®实现了同时兼顾打印质量与打印速度的要求。双光子灰度光刻在3D纳米和微纳加工领域树立了全新标准。使用市场上最快速的纳米精密增材制造技术,可以打印任何3D形状。您准备好迎接真正出色的打印效果了吗?

具备卓越形状精度的高精度打印

3D printing by 2GL®将Nanoscribe的灰度技术推向了三维层面。整个打印过程在最高速度扫描的同时实现实时动态调制激光功率。这使得聚合的体素得到精确尺寸调整,以完美匹配任何3D形状的轮廓。在无需切片步骤,不产生形状失真的要求下,最终您将获得具有无瑕疵光学表面的任意3D打印设计的真实完美形状。

高达60倍高吞吐量

3D printing by 2GL®是市场上基于2PP原理微纳加工技术中打印速度最快的。其动态体素调整需要相对较少的打印层次,即可实现具有光学级别、光滑以及纳米结构表面打印结果。这意味着在满足苛刻的打印质量要求的同时,其打印速度远远超过任何当前可用的2PP三维打印系统。
2GL®作为市场上最快的增材制造技术,非常适用于3D纳米和微纳加工,在满足卓越打印质量的前提下,其吞吐量相比任何当前双光子光刻系统都高出10到60倍。

 

*比较是基于相同的打印质量,并且与设计有关。

与光子世界相连

Quantum X align真实数据

  • 主要特点
  • 设计理念
  • 规格
  • 下载
  • 基于A2PL®技术在光纤和芯片上进行微光学元件的高性能3D打印
  • 通过双光子灰度光刻(2GL)进行3D打印,兼顾卓越的打印质量和无与伦比的打印速度
  • 智能切片可实现优化分辨率、精度和速度
  • 在所有空间方向具有纳米精度的自动三维对准系统
  • 基于光纤照明单元的高精度光纤芯检测
  • 利用共焦检测模块进行基板拓扑3D建图
  •  使用nanoPrintX软件对芯片和其他衬底上的基准点定义结构位置
  • 自动基板倾斜识别和打印调整
  • 针对光纤、光纤阵列和光子芯片的基板夹具

经过精确对准的自由曲面微光学器件的快速原型制作原型制作和小批量生产

  • 用于光互连的透镜光纤阵列
  • 单根光纤或光纤阵列上的成像和光束整形光学元件
  • 集成光子芯片上的光互连
  • 集成光子芯片上的光束整形或光收集

专为在科研和工业领域的领先者和创新者而量身设计

  • 集成光子学
  • 光子封装
  • 医疗器械
  • 光学传感
  • 量子技术
基准数据
3D对准精度 1 低至100 nm  (xy) / 500 nm (z)
表面粗糙度 Ra ≤10分钟
形状精度 Sa ≤ 200 nm (ISO 25178)
特征尺寸控制 2 低至100 nm
理论加工时间 8倍透镜光纤阵列只需不到10分钟
 可实现的耦合损耗 3​​​​​​​ ≤ 1 dB
系统属性
打印技术

对准双光子光刻技术(A2PL®)
基于双光子聚合(2PP)的3D打印
Dip-in浸入式光刻技术

基板

光纤阵列(v型槽)
单分裂光纤(单/多模/保偏光),带有FC或SMA连接器
光子芯片,TO can
晶片范围(1英寸到8英寸/25.4毫米到200毫米)
玻璃、硅、其他透明和不透明材料或其他更多按需衬底

光刻胶

Nanoscribe IP系列感光树脂(聚合物打印)
可使用第三方和自定义材质

最大打印面积 50 x 50 mm²

提供的数据可能会因光刻胶和结构几何的不同而变化。
1 检测精度取决于所选方法
2 所有空间方向上的100 nm特征尺寸控制
3 典型应用的最佳情况,取决于设计、基板质量和测量方法

Joost van Kerkhof, Chief Operations Officer of PHIX Photonics Assembly

Portrait of Joost van Kerkhof, Chief Operations Officer of PHIX Photonics Assembly
我们对Nanoscribe的新型3D对准打印技术充满信心,该技术可用于生产具有几乎任何光学设计的透镜光纤阵列和透镜芯片。

nanoPrintX设置场景
更智能地构建并精确对准到您的打印项目

nanoPrintX不仅仅是一个3D打印系统的切片软件,它更是一个全新多功能的工具软件,可以为对准3D打印创建复杂的打印项目。该软件基于一种树状的数据结构场景图概念,为所有与打印有关的对象和操作提供了一个层次化的组织,能够灵活地定义打印的内容、位置、空间方向和方式。直观的软件架构与中央渲染画布相结合,提供了关于所有元素彼此之间以及与预定义位置或基板之间的位置和空间排列的即时视觉反馈。

nanoPrintX场景图的每个节点都是一个与打印有关的对象或操作且包括一组可调整的属性。您可以导入几个设计文件并将它们组合或组成阵列节点,或将多个文件合并成一个打印对象。为了最大限度地利用对准双光子光刻技术(A2PL),您可以定义单独的对准标记以及基板特征,如芯片边缘和光纤面。使用Quantum X align打印系统的共焦单元或光纤照明单元,这些特定的基板标记可以被识别,并与nanoPrintX定义的数字模型相匹配。

用nanoPrintX软件构建您的打印项目: 通过为您的特定衬底创建一个虚拟模型来定义打印场景,例如带有独立对准标记的光纤或光子芯片。将您的3D打印设计作为STL或OBJ文件导入,并将它们放入您的场景中。预先设定的打印参数可以按需分配到每个单独的设计,并且开机即用。最后在Quantum X align系统上实时看到上传的打印结果以确保获得最佳打印效果。

用触控屏开始您的打印项目: Quantum X align打印系统配备直观的控摸屏用户界面,可以轻松地引导您完成打印任务。首先在衬底上标记起始位置,使用高分辨率的实时摄像头进行仔细检查,然后启动您的打印项目。系统会自动以亚微米级精确度将打印项目与您的标记进行对准。

用nanoConnectX与系统保持连线:您可以在办公室通过远程访问软件nanoConnectX启动并监控您的打印项目。该软件将Quantum X align 打印系统的前触控屏的所有操控功能和显示功能展现在您的计算机上。Quantum X align 非常适用于生产环境和多用户场景。

关于软件

  • 场景打印
  • 基于光纤打印
  • On-chip printing
  • nanoConnectX

NanoPrintX是一款基于场景图的打印项目开发软件。使用这种先进的树状数据结构,您可以轻松地在打印元素之间生成逻辑关系,并分配各个属性或打印参数。这使您可以清晰了解打印结构是如何与基板对准的以及如何做到相互之间对准的。

您可以将多个 CAD 设计加载到一个场景中,并为每个部件设计分配不同的打印参数,实现以微调达到每个部件的优化质量和速度。同时,简便的拖放操作即可完成一系列动态配置,例如,您可以轻松更改对准和打印操作的顺序。

nanoPrint X场景打印

使用nanoPrintX软件,您只需几个步骤即可设计单独的透镜光纤阵列(LFA)。

在场景图中选择光纤节点,并将各个透镜设计以 STL 或OBJ 文件放置光纤上。只需几个步骤,您就可以轻松生成相同打印结构的多个副本,或使用单独的设计来定制光纤。

基于光纤上打印 nanoPrintX 软件概述

在光子芯片表面上设计高性能微光学元件打印结构。使用 nanoPrintX,可以轻松将对准标记应用于芯片布局,加载为图像文件,并在打印过程中自动匹配到芯片上的对准标记。将打印对象的CAD设计相对于对准标记放置,并为打印的每个元素分配预定义的打印参数。智能对准功能,如边缘检测和剂量补偿,可实现无瑕疵的打印结果,即使在光子芯片边缘等具有挑战性的打印场景中也是如此。

基于芯片打印nanoPrint X软件概述

使用Quantum X平台的远程访问软件nanoConnectX来控制和监控打印设备。只需简单几个步骤即可成功完成打印:选择您的打印项目,标记起始位置并开始打印。然后,系统会自动对准并在正确的位置和空间方向打印结构。

查看如何进行
3D对准的微纳加工.

在光纤端面上的对准打印是如何工作的? (copy 1)

借助光纤照明装置,可以使用 Quantum X align 触摸屏轻松定位光纤芯。 首先,通过双击触摸屏手动粗略对准来定义光纤阵列上的打印区域。 然后,Quantum X align 以亚微米精度自动检测光纤的位置,并校准基底在空间所有方向上的倾斜。

为此,自动对焦程序首先会探测光纤的表面。 接下来,系统将会识别被照亮的光纤纤芯,并将纤芯的中心标记为与打印对象对准的虚拟坐标系的原点。虚拟 z 轴及其在空间中的方向由通过向下移动基底并识别光纤芯沿着载物台垂直移动至多个方位的位置来确定。 最终,光轴方向被检测到并设置为虚拟 z 轴以用于亚微米精度微光学元件的倾斜补偿打印。

在光纤端面上对准打印

硬件在光纤打印工作流程中扮演什么角色? (copy 1)

为辅助光纤打印工作流程,Quantum X align 配备了红色 LED 光纤照明装置。 该装置最多可插入 32 根带有标准 PC 或 APC 连接器的单根光纤。 专门设计的光纤基底支架可固定单根光纤或光纤阵列,一次最多可装载四组光纤阵列。 光纤基底支架装入打印机后,使用 Quantum X align 18.5 英寸触摸屏上的实时显微镜相机轻松识别被点亮的光纤芯。 屏幕上的双选项卡能将载物台移动到 50 x 50 mm² 打印区域内的任何位置。调出的十字准线能方便用户在屏幕上进行粗略对准,还可以通过简单的手势操作来放大和缩小屏幕画面。

如何以最快的速度打印具有光学质量表面的复杂结构? (copy 1)

新的工作流程可以加载多个 .stl 或 .obj 文件并将它们合并为一个完整的打印对象。 这使用户能够为打印对象的每个部分设置单独的打印参数,例如切片、剖面线  、激光功率或扫描速度。 在这种情况下,支撑部分可以使用粗略的参数以实现更快地打印,而光学部件(例如透镜表面)可以使用更精细的设置,从而使表面粗糙度 (Ra) 达到 10 nm 甚至更低。 当然,用户可以直接采用预定义的标准参数,也可以根据设计和特定要求进行参数定制。 然后将各个部分合并为一个打印项目并上传到 Quantum X align。

根据打印对象的功能要求调整打印参数可以节省宝贵的加工时间,并使 Quantum X align 能够在不到 20 分钟的时间内处理一个 8x V 形槽光纤阵列。

槽型光纤阵列

为什么使用共聚焦模块进行自动形貌对准? (copy 1)

Quantum X align 具有高精度共聚焦成像模块,用于基底3D形貌的绘制。该模块集成于近红外激光器的光路中。激光束在样品表面扫描时,背散射光能被系统共聚焦地探测到。 通过垂直移动载物台并沿 z 轴多次重复扫描表面来高分辨地记录3D形貌。 检测器前端的空间过滤器针孔可确保只有来自焦平面的光被探测到,从而实现低至 100 nm 的横向探测精度。 因此,共聚焦模块可以测量到真实的 3D 形貌,并且比使用系统相机进行的基于图像的测量具有更高的精度。

SLR1自动形貌对准

光学元件如何对准并打印到光子芯片上? (copy 1)

打印对象的 3D 对准技术是基于具有高分辨率 3D 形貌绘制的共聚焦单元。 为了精确对准光子芯片上的光学元件,智能软件算法会自动识别预定义的标记和形貌特征,以确定芯片上波导的确切位置和方向。 然后将虚拟坐标系设置到波导的出口,使其光轴和方向完美对准。 根据该坐标系打印的光学元件可确保最佳的光学质量并最大限度地减少耦合损耗。 该项技术可以利用自由空间微光耦合 (FSMOC) 实现高效的光耦合。

光学元件如何对准并打印到光子芯片上

Quantum X align 如何克服在光子芯片界面上打印的挑战? (copy 1)

从顶部打印到芯片的侧面上,即垂直于基底表面,是一项具有挑战性的任务。它不仅要求精确的定位系统,还需要智能解决方案来克服“阴影效应”:当打印到光子芯片侧面时,很大一部分激光焦点处的能量会因基底边缘部分的阻挡而丢失。越靠近基底侧壁,阴影效应就越突出,因而需要更高的曝光剂量作为补偿。 Quantum X align采用专利工艺技术来自动补偿这种影响,并在打印过程中动态调整曝光条件。 这使得打印在基底侧面上的微光学器件和其他打印元件能具有亚微米形状精度。

Quantum X align 如何克服在光子芯片界面打印的挑战

都可以使用哪些不同的基材? (copy 1)

Nanoscribe 的基底支架可确保精确固定单根光纤、光纤阵列和光子芯片,并在其界面上进行打印。 此外,基底支架还适配标准基底,例如显微镜载玻片和 1 至 6 英寸的晶圆。 Quantum X align 的高级界面定位系统包含两种互补模式,分别利用基底表面的反射和荧光进行界面定位。 结合浸入式激光光刻 (DiLL) 配置,各种强反射(例如硅片)、透明和不透明基底(例如玻璃和聚合物基底)都适用于Quantum X align设备。

来自 PHIX 的透镜光纤阵列

独有的浸入式激光光刻 (DiLL) 有哪些特有优势? (copy 1)

浸入式激光光刻 (DiLL) 是 Quantum X align 的标准打印配置。 Nanoscribe 发明了这项市场上具有最高精度和最低像差的 3D 微加工专利技术。 在这种配置中,物镜浸入光敏树脂中,树脂同时也作为光学浸没介质。 由此带来的聚焦光学器件和打印材料之间的折射率匹配,保证了理想无像差的聚焦以及基于 2PP 的 3D 打印的最高分辨率。 此外,直写激光聚焦过程中不经过基底(区别于油浸配置),激光将直接把打印对象刻写在基底上。 因此,打印物体的高度不受限于聚焦光学器件的工作距离,这对于宏观尺寸结构的加工十分有利。

 

为什么将 Quantum X align 应用到生产和多用户机构中如此容易? (copy 1)

能精确和可靠找到任何基底界面的先进自动对焦系统,赋予了打印结果高度的可重复性。 同时配备的三个实时取景摄像头有助于过程控制和监控。 自动点胶器将准确剂量的光刻胶涂敷到基底上,减少工作量的同时并保证完全的远程操作。 为了简化硬件配置之间的切换,Quantum X align 还能自动识别安装的打印物镜和基底支架。 Quantum X align 软件用于实时控制和监控打印作业,并支持通过交互式触摸屏进行实时的直观操作,或通过远程访问软件 nanoConnectX 从办公室进行远程操作。 这种远程访问还能帮助简化多用户机构的工作。例如研究小组或部门的成员,他们可能拥有一种或多种设备,这样一来,每名用户都可以从自己的电脑单独控制 Quantum X align。

使用 Quantum X align 远程工作的人

我们的设备需要什么样的现场条件才能保证最佳运行? (copy 1)

Quantum X align 是对具有亚微米特征尺寸、5 nm 及以下表面粗糙度和纳米级精度的物体进行高速 3D 微加工的理想工具。 只有对系统操作和安装条件的格外注意,才能最大限度地确保设备的高打印精度。 Quantum X align 应摆放在温度和湿度稳定的实验室内。 虽然打印机本身已经配有重型花岗岩底座,以减少环境振动和温度波动的影响,将高精度打印机安装在外部振动最小的位置仍然非常重要。 考虑到对UV 敏感光刻胶在设备外部的操作,我们因此建议为房间配备黄光环境,并满足化学实验室的基本要求来正确处理显影过程中产生的有机溶剂。

如果您想了解 Quantum X align 工作环境的具体情况,请联系我们并访问我们位于 Nanoscribe 的微纳加工体验中心或预约在线参观。

Quantum X align
与光子世界相连

对准3D打印

Nanoscribe Quantum X align打印系统

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