三维双光子可实现高自由度纳米级三维结构制造，最小特征尺寸可达50nm。为多个领域的研究发展提供优良的高精度、三维制造解决方案，应用领域包含但不限于微纳光学器件、微/纳流控芯片、片上光互联、微机械等。
三维双光子技术，尤其是三维双光子聚合（如双光子聚合光刻，TPL）及三维双光子荧光成像，在光学成像、生物医学、微纳制造、光通信与信息处理等领域展现出独特作用，具体如下：
一、三维双光子光学成像领域
微型光学元件制造：TPL可制造高精度的微型光学元件，如微透镜、菲涅尔透镜、衍射光学元件、超透镜等。这些元件具有优异的光学性能和表面质量，能够满足高性能光学系统的需求。例如，通过TPL制造的微透镜阵列，可用于高分辨率成像和光通信领域。
集成光学成像系统：TPL的3D加工能力允许直接打印集成光学成像系统，避免了复杂的多光学元件组装过程。这种集成化设计不仅减小了系统体积，还提高了成像质量和稳定性。
任意焦散工程：借助TPL制备的复振幅3D打印超表面，可实现任意光学焦散，拓展了焦散光的应用范围。这在粒子操纵、光通信、光学成像等领域具有潜在应用前景。
二、三维双光子微纳制造领域
纳米级3D打印：TPL是一种纳米级3D打印技术，通过液态树脂中的非线性双光子吸收过程，能够制造超越光学衍射极限的复杂结构。它提供了无需对准的精确制造微纳米结构的能力，以及几乎可以实现任意复杂3D纳米结构的快速原型制造。
新型材料研究：TPL可用于研究新型材料的性能和结构。通过精确控制材料的固化过程，研究人员可以制造出具有特定性能的材料结构，从而为新型材料的开发提供重要的实验依据。例如，通过TPL制造的纳米复合材料，可用于研究材料的力学性能和光学性能，为高性能材料的开发提供指导。
三、光通信与信息处理领域
光电芯片封装：TPL能够精确制备三维结构，并将其精准集成在光电芯片上。它可以在芯片上集成三维曲面或渐变波导结构，通过反射或者绝热压缩的方式进行光束整形，实现超宽波段的模场变换。此外，TPL还可以在子模块组装完成之后再制备连接结构，有效降低封装过程中的对准精度要求。因此，TPL在光电芯片的封装中具有重要的应用价值。
光信号处理：利用TPL制造的光学元件和器件，如光波导、光学传感器等，可用于光信号的处理和传输。这些元件和器件具有高精度、高可靠性和低损耗的特点，能够满足光通信和信息处理领域的需求。
