波兰研究人员使用DLW 3D打印技术制造微米级镜头
时间：2020-05-15 08:57 来源：中国3D打印网 作者：中国3D打印网 阅读：次
物理学院的研究小组解释说，这些透镜可以代替以前对单个纳米级发光体（如量子点或原子薄的2D材料）进行光谱测量所需的笨重的显微镜物镜。另外，这些笨重的显微镜必须放置在距要分析的样品约十分之一英寸的距离处，这可能会限制许多类型的现代实验。研究人员表示，建议的3D打印镜头将镜头前部和样品表面之间的工作距离增加了两个数量级。这可能为各种光学实验开辟新的前景。
3D打印的非球面微透镜的扫描电子显微镜图像。图片来自华沙大学。
使用3D打印生产微透镜
商用3D打印机一直在快速发展，这与其兼容的材料（包括具有高光学质量的透明介质）相吻合。据中国3D打印网了解，伴随着这种材料的3D打印技术的进步为科学和技术的许多领域开辟了新的可能性，包括生物学，医学，超材料研究，机器人技术和微光学。
该论文的作者展示了其在光提取和传输中的应用，并解释说他们已经开发出了可以将3D打印在发光器顶部的高效椭圆形微透镜。作者将这些透镜描述为“简单，经济高效，宽带，通用且可与广泛期望的微光学系统的其他组件兼容”，同时无需使用高数值孔径的光学器件即可工作。为了制造可以在各种样品上制造的镜片，该团队选择使用DLW 3D打印工艺，该工艺在论文中被描述为“一种能够印刷几乎任何形状的镜片的通用技术”。 DLW也被称为双光子3D光刻，该过程能够生产任意纳米3D结构。
此类技术由德国双光子增材制造系统制造商Nanoscribe等提供。去年，该公司推出了Quantum X，专门设计用于制造可折射至200微米的纳米级折射和衍射微光学元件。在2019年末，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）和香港中文大学（CUHK）的研究人员在双光子增材制造的开发方面取得了突破，不仅加快了该技术的制造速度，而且还限制了分辨率的牺牲。
在Quantum X机器上打印的3D微透镜阵列。图片来自Nanoscribe。
超长工作距离光谱的优势
作者介绍的3D打印镜头的关键特性是，它们能够增加从半导体样品发出的光的提取，并将其出射部分重塑为超窄光束。由于具有这种特性，研究人员解释说，这些透镜可以帮助消除对进行单点状发光器的光学测量所需的笨重显微镜的需要。这种3D打印的微透镜还可以进行长距离的光学测量（使用1英寸的收集透镜时为600mm），这是其他光谱技术目前尚无法达到的。
通常，标准光谱显微镜的尺寸约为手掌大小，重达一磅（半公斤），并且必须与样品相距很小的距离。当试图在脉冲高磁场，低温或微波腔中进行测量时，这可能会引起问题，另一方面，研究团队提供的3D打印镜头可以轻松地将其抬起。
此外，DLW 3D打印过程的高速功能意味着可以在一个样品上产生数百个微透镜，这可以帮助实现更省时的研究和假设检验。研究人员解释说：“将它们排列成规则的阵列提供了一个方便的坐标系，该坐标系可以精确指定所选纳米对象的位置，并可以在世界各地的不同实验室中对其进行多次测量。”
研究论文“具有非球面固体浸没微透镜的单个纳米结构的超长工作距离光谱学”发表在《光：科学与应用》，第9卷，第1期（2020年）
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