斯图加特大学实验室印刷的具有人发直径的多透镜

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斯图加特大学的一个研究小组使用3D打印机,成功地打印了一系列具有复杂镜片几何形状的一,二和三镜片功能镜片,其直径为100至200微米。该研究和过程链的完整描述发表在《自然光子学》杂志上,在Phys.org的页面上提供了删节版

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透镜的方案和以不同角度入射的光线的路径。下面是
Timo Gissibl等人的测试图的模拟照片。 /自然光子学,2016年


在非球面元件的多透镜需求中,高光学性能和色像差的有效校正至关重要。该开发的作者设法提出了具有复杂透镜设计的微光学和纳米光学的新概念,他们设法在3D打印机上进行了打印。 Nature Photonics页面上的报告详细描述了创建多透镜的完整技术链,从光学元件的设计阶段到使用飞秒双光子激光的生产阶段,以及随后对多个直径约100μm的透镜组合进行测试的测试阶段。

为了制造镜头,研究人员使用了3D打印和光刻技术的功能。镜片的未来材料是分层涂覆的,每层100纳米,然后将其暴露于飞秒激光脉冲中。这样的操作顺序使得可以确保材料表面的化学性质的定向变化,消除物理缺陷以及制造具有给定几何形状的透镜。为了提高打印精度,研究人员使用了双光子吸收效应

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物理学家印制的一系列透镜(上)。
Timo Gissibl等人(在底部)借助感光矩阵获得的图像。 /自然光子学,2016年


科学家们强调,从版图的开发到镜头的实际制作,整个过程链仅花费了几个小时。特别是,制造了一个三透镜“三重透镜”,位于光纤电缆上。这种设计可让您聚焦在距镜头三毫米处的物体上,并在不超过1.7 m长的光纤上几乎不损失质量的情况下广播图像。

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左下方-建立使用光纤射击的实验。左上方是光纤的轮廓图。右边是使用镜头拍摄的图像的示例。

在实验过程中,使用印刷透镜获得的图像中央部分的分辨率为每毫米400线。同时,如计算机模拟所示,使用在实验室中创建的镜头,该指标可以提高25%。提出的技术的作者考虑的另一种提高图像质量的方法是在镜片表面涂防反射涂层。

由斯图加特大学的专家创造的微型相机将在工业领域和医学领域的内窥镜研究中得到应用。根据发明人的发明,技术在其进一步发展中的有希望的应用领域之一可以是微型显微镜在微型显微镜中的使用,这将允许实时地研究神经元群的活动。

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印刷镜头与光纤电缆的结合

如今,当保持图像质量的照相机和镜头的小型化稳步发展时,工程师们正在寻找并找到不同的技术方法来解决这一问题。因此,例如,一群来自哈佛大学的研究人员,使用了创建的超材料平面透镜的质量不亚于现代显微镜透镜。解决该问题的另一种更激进的方法是完全拒绝使用镜片。

所提出方法的独特优势之一是它的灵活性,它允许创建微型光学设备,例如内窥镜,用于细胞生物学的光学设备,创新的照明系统,微型光纤陷阱和安全摄像机,集成的量子发射器和检测器,微型无人机和微型机器人具有自治的视野。



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Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN395523/


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