近日，同济大学物理科学与工程学院王占山教授、程鑫彬教授团队的焦宏飞教授基于3D打印技术构建了集成水冷结构的10.6 µm反射镜，实现了高反射率、高损伤阈值、低温升和低面形变化量，为EUV光刻驱动激光链路及其他高功率连续中红外激光装备提供了兼顾光学性能、热稳定性与工程制造的新方案。相关研究成果以"3D-Printed Copper Water Cooling System Assisted Fabrication of 10.6-µm High-Power CO2 Laser Resistance Reflectors"为题发表于Opto-Electronic Advances期刊。
同济大学焦宏飞教授为论文第一作者，钮信尚助理教授、汲小川博士后、程鑫彬教授为论文共同通讯作者。
作为极紫外（EUV）光刻等高端光学制造装备的核心驱动光源，高功率CO2激光的性能直接影响半导体制造的产能与加工精度。在高功率CO2激光的多级放大、扩束、整形和聚焦过程中，10.6 µm反射镜是保障能量稳定传输的关键元件。随着功率密度持续提升，反射镜薄膜吸收产生的光热负荷不断加剧，易引发镜面热积累、面形畸变与薄膜损伤，劣化光束质量与聚焦稳定性，成为制约整套系统可靠运行的重要瓶颈之一。
行业传统解决方案多采用在反射镜背部加装水冷系统的方式强化散热。近年来3D打印技术推动铝基增材制造反射镜广泛应用于多波段空间光学成像领域，但铝材料导热系数偏低，难以承载超高功率激光的极端散热需求。铜基材料导热性能优异，然而传统"光学基底+外置背冷"的分离式结构先天存在界面热阻大、散热效率有限、集成度低等短板。
针对行业痛点，同济大学团队突破传统分离式散热思路，提出"光学-热学-结构一体化"设计方案，融合3D打印、表面改性、超精密加工与光学镀膜四大技术。团队采用激光粉末床熔融（LPBF）技术，直接在铜基镜体内部打印高精度复杂冷却流道，实现散热结构与光学基底无缝集成，从根源上消除界面热阻、压缩系统体积。
本研究核心创新在于提出并实现"高反射薄膜-高导热铜改性层-内置水冷通道"一体化光热协同管理方案。团队采用LPBF工艺制备铜基反射镜基底，经多物理场模拟优化设计平行直通水冷流道，兼顾散热效率、流阻特性与制造可行性。针对3D打印铜件孔隙率高、表面粗糙的痛点，通过"超精密车削-铜改性-二次单点金刚石车削"工艺实现补孔与超光滑整平，结合多层复合高反膜沉积，在45°入射下实现10.6 µm波段99.50%以上的高反射率。
实验验证表明，该一体化方案在5093 W/cm²激光功率密度下实现镜面最高温度降幅53%（由84.20°C降至45.00°C）、热变形峰谷值降低约75%（PV由12292nm降至3082nm）、激光诱导损伤阈值提升60%（由8488 W/cm²提升至13581 W/cm²）的显著性能跃升。
内容来源：激光行业观察
