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廉價、簡單的制造方法有望擴展微透鏡應用

發布:guangxuedaren    |    2019-06-21 15:09    閱讀:219
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包括智能手機相機在內的越來越多的應用依賴微透鏡來提升性能。一種被稱為激光彈射的新開發的技術,可以使制造這些具有定制特性(例如形狀或聚焦能力)的小型化鏡頭變得更容易和更便宜。
      在美國光學學會旗下期刊“Optical Materials Express”中,來自意大利理工學院的研究人員描述了他們使用單個激光脈沖創建微透鏡的新激光加成法。該技術甚至允許微透鏡和微透鏡陣列直接在相機或太陽能電池上制造。 微透鏡通過將光線集中到設備的最敏感區域來改善相機和太陽能電池的性能。例如,它們被廣泛用于最新的智能手機相機中,以在低光照條件下提高靈敏度和成像速度。
    “我們的制造方法簡化了鏡頭的生產,同時允許設計更多樣化,并且在可以使用微透鏡的環境中具有更大的靈活性,”研究團隊負責人Martí Duocastella說,“除了全新的應用外,這種方法還可以生產出能夠在低光照條件下獲取視頻的新型相機,提高效率的太陽能電池以及能夠更好地捕捉快速過程的顯微鏡。”
用光彈射
       盡管微光學器件在商業上是可獲得的,但它們可能非常昂貴并且難以添加到現有設備中。即使使用傳統的微透鏡制造方法(例如光刻),也難以集成透鏡或制造非常密集的微透鏡陣列。研究人員開發了彈射來克服這些局限性。該方法使用激光脈沖從薄的聚合物膜上移除并彈出微盤并將其落到限定的感興趣區域上。然后加熱微盤中的聚合物,使其可以熱回流,使毛細管力,即使水滴呈球形的力,將微盤整形為圓形透鏡。改變激光束的形狀允許制造具有不同聚焦特性或形狀的微透鏡,例如矩形,三角形或圓形。
   “激光彈射連接現有基于激光的制造方法之間的點,以解決當前微透鏡制造策略的問題,”Duocastella說,“它填補了越來越多需要微透鏡的應用與能夠生產按需定制微光學的技術之間的差距。”
      在研究了激光束形狀與產生的微型光盤之間的關系后,研究人員探索了其技術的可重復性,精確性和準確性。他們的分析表明,該方法可用于可重復地產生半徑為50至250微米且具有非常高光滑度的微透鏡。測量微透鏡的光學性質和利用該技術制造的微透鏡陣列的光收集能力表明,這些微光學器件表現出衍射極限性能,這意味著它們與理論允許的一樣好。 研究人員表示,激光彈射器可以與快速激光束成形方法結合使用,以實現對陣列內單個微透鏡的光學性能和形狀的實時控制。
捕獲快速生物過程
       研究人員計劃使用激光彈射在光電探測器陣列上制作微透鏡,這樣他們就可以開發出一種高速3D顯微鏡系統來表征非??焖俚纳镞^程,例如神經元通信或病毒運輸。微透鏡將增加光電探測器的光收集效率,從而減少成像時間。
    “與共聚焦顯微鏡相比,這些新型光電探測器陣列具有重要優勢,但不能像傳統單點探測器收集同樣多的光線。”Duocastella說。“我們相信微透鏡,尤其是激光彈射,將有助于提高這些光電探測器陣列的性能,并擴大其在顯微鏡領域的應用。”

圖 激光彈射的實際實現及工作原理。a)紫外脈沖納秒激光投石聚合物盤實驗裝置方案。b) LCP流程的工作原理。

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