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廉价 简单的制造方法有望扩展微透镜应用

2019-07-04 14:50

  包括智能手机相机在内的越来越多的应用依赖微透镜来提升性能。一种新开发的技术,称为激光弹射,可以使制造这些具有定制特性(例如形状或聚焦能力)的小型化镜头变得更容易和更便宜。

  在光学学会(OSA)杂志“光学材料快车”中,来自意大利Istituto Italiano di Tecnologia的研究人员描述了他们使用单个激光脉冲创建微透镜的新激光加成法。该技术甚至允许微透镜和微透镜阵列直接在相机或太阳能电池上制造。

  微透镜通过将光线集中到设备的最敏感区域来改善相机和太阳能电池的性能。例如,它们被广泛用于最新的智能手机相机中,以在低光条件下提高灵敏度和成像速度。

  “我们的制造方法简化了镜头的生产,同时允许设计更多样化,并且在可以使用微透镜的环境中具有更大的灵活性,”研究团队负责人MartDuocastella说。“除了全新的应用外,这种方法还可以生产出能够在低光照条件下获取视频的新型相机,提高效率的太阳能电池以及能够更好地捕捉快速过程的显微镜。”

  尽管微光学器件是商业上可获得的,但它们可能非常昂贵并且难以添加到现有设备中。即使使用传统的微透镜制造方法(例如光刻),也难以集成透镜或制造非常密集的微透镜阵列。

  研究人员开发了弹射器来克服这些局限性。该方法使用激光脉冲从薄的聚合物膜上移除并弹出微盘并将其落到限定的感兴趣区域上。然后加热微盘中的聚合物,使其可以热回流,使毛细管力 - 使水滴呈球形的相同 - 将微盘成形为圆形透镜。改变激光束的形状允许制造具有不同聚焦特性或形状的微透镜,例如矩形,三角形或圆形。

  “激光弹射连接现有基于激光的制造方法之间的点,以解决当前微透镜制造策略的问题,”Duocastella说。“它填补了越来越多需要微透镜的应用与能够产生按需定制微光学的技术之间的差距。”

  在研究了激光束形状与产生的微型光盘之间的关系后,研究人员探索了其技术的可重复性,精确性和准确性。他们的分析表明,该方法可用于可重复地产生半径为50至250微米且具有非常高光滑度的微透镜。测量微透镜的光学性质和利用该技术制造的微透镜阵列的光收集能力表明,这些微光学器件表现出衍射极限性能,这意味着它们与理论允许的一样好。

  研究人员表示,激光弹射器可以与快速激光束成形方法结合使用,以实现对阵列内单个微透镜的光学性能和形状的即时控制。

  研究人员计划使用激光弹射器在光电探测器阵列上制作微透镜,这样他们就可以开发出一种高速3D显微镜系统来表征非常快速的生物过程,例如神经元通信或病毒贩运。微透镜将增加光电探测器的光收集效率,从而减少成像时间。

  “与共聚焦显微镜相比,这些新型光电探测器阵列具有重要优势,但不能像传统单点探测器那样收集太多光线,”Duocastella说。“我们相信微透镜,尤其是激光弹射器,将有助于提高这些光电探测器阵列的性能,并扩大其在显微镜领域的应用。”

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