在TPA中 ， 光子的吸收取决于光源强度的平方 ， 导致TPL中的曝光剂量分布不同于单光子吸收情况下的焦光强度分布 。 曝光剂量分布的半径与激光强度体积的半径一致 ， 但半最大值处的全宽窄了一倍 ， 如图8所示 。 另一个对最终分辨率至关重要的参数是物镜的数值孔径（NA） 。 来自孔径直径相对端的两个传播波之间的最大角度对应于最高空间频率条纹 ， 因此决定物镜的分辨率 。
图8 相同条件下单光子吸收和双光子吸收产生的光强分布之间的比较 。
【用于微/纳米尺度三维制造的双光子光刻: 综述（1）】解决这个问题的一种特殊方法是使用多束激光来引发和抑制聚合 。 图9显示了实验人员通过使用与高光敏性树脂同时在连续波模式下工作的抑制光而获得的辐照光波长约为40nm或~1/12的特征尺寸 。 理论上 ， 通过增加抑制光束的功率强度 ， 可以将写入光束的大小推至零 ， 从而扩大光抑制的体积 ， 从而将体素限制在非常小的值 。 然而 ， 由于存在其他几种非线性效应、光引发剂浓度耗尽的不可逆性以及光抑制体积的增加 ， 仅导致线宽减小 。 空间分辨率保持不变或甚至增加 。
图9（a）在BPE-100光致树脂中 ， 作为抑制激光功率的函数绘制的点尺寸 。 （b）特征尺寸为40nm的点的SEM图像 。 （c）通过以规则的时间间隔照射抑制束在BPE-100光致树脂中制造的虚线的SEM图像 。
Lee等人提出了一种用于小纵横比体素的最小功率和最小曝光时间方案（MPMT） ， 该方案结合了自由基猝灭剂和后处理技术 ， 分辨率为60 nm 。 受激发射耗尽显微镜（STED）是另一种类似可逆切换概念的技术 ， 不同之处在于抑制光束的功率很高 ， 可以完全耗尽体素附近的物种浓度 。 在TED中 ， 分子通过TPA被激发到更高的能量状态 。 具体而言 ， 采用拉盖尔-高斯模式 ， 该模式可获得环形轮廓 ， 抑制体素圆形附近的光引发剂分子 。 原则上 ， 分子通过荧光发射返回基态 。 然而 ， 在TPL中 ， 如图10所示 ， 该状态经历系统间交叉（ISC）过程以形成三重态 ， 这有助于进一步生成促进聚合过程的自由基 。 缺点是 ， 只有少数自由基光引发剂满足该技术的条件 。
图10 在STED工艺中发生的光物理反应的示意图 。
5.双光子光刻技术的进展
随着高效光引发剂、光学系统和激光技术的出现 ， 双光子光刻技术（TPL）已被公认为微纳米尺度的有效制造技术 。 然而 ， 由于连续性 ， TPL制造结构需要相对较长的时间 。
如前所述 ， 利用振镜、数字镜器件（DMD）或多透镜阵列（MLA）是提高制造速度和产量的一些工程技术 。 振镜扫描仪由一对安装在电机上的镜子组成 ， 电机在一定角度距离范围内高速旋转 。 通常 ， 使用振镜的TPL采用的矢量扫描方法往往比光栅扫描方法更快 。 另一方面 ， 数字反射镜装置是一种微光机电系统 ， 包括以特定阵列排列的数十万个微镜 ， 这些微镜对应于要显示的图像的像素 。 这些微镜可以围绕其自身的轴旋转一定角度以达到其光学状态（开/关） 。 在TPL中集成两个系统 ， 即MLA和DMD ， 大大缩短了制造时间 。 多焦点策略也被许多团体用于加快制造时间 。
Nielson等人证明了与动态反射掩模和DMD集成的多焦点策略 ， 通过利用多个激光束同时对DMD上的不同区域进行采样来快速打印非重复对象 ， 如图11所示 。 还发现 ， 当使用两个激光束时 ， 制造时间缩短了一半 。 同样 ， Wang等人提出了一种新的随机存取DMD扫描仪策略 ， 通过二元全息图控制激光的振幅和相位 ， 并实现每台激光5 mm/s的制造速度 。 类似地 ， Daekeun等人证明了使用与高数值孔径物镜结合的光学掩模逐层制造结构的宽场 。 图12（a）显示了该组使用的系统的示意图 。 该技术的主要特征之一是可扩展性 ， 即制造速度不取决于特征的大小 。 然而 ， 这种技术受到可用峰值输入功率和使用的光学掩模类型的限制 。 毫米量级的微小偏移会大大降低分辨率 。 如果结构复杂且需要多个掩模 ， 则与DMD结合的动态数字掩模已被证明是物理掩模的更好替代方案 。
图11（a）多焦多光子光刻装置的示意图 ， 其中两个独立光束产生不同的焦点 。 （b）（左上角）基于BSA的迷宫分为12个顺序扫描的掩模 ， 共4行3列 。 （右上）基于BSA的迷宫的SEM图像 。 （左下）12个截面中一个单元的SEM图像 。 （右下）迷宫的放大图像 。
图12 （a）使用光学掩模图案化的TPL的示意图 。 （b）通过将物体作为掩模放置在与物镜前焦平面共轭的平面内的TPL示意图 。
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