具有可调节折射率的新型3D印刷微透镜 - 准备改善成像，计算和通信

伊利诺伊州的研究人员开发了一种球形透镜，允许光从任何方向聚焦到透镜表面上的非常小点的镜头到达输入方向上。这是第一次为可见光制造了这样的镜头。

研究人员开发了具有可调节折射率的新型3D印刷的微透镜 - 一种提供高度专业化光聚焦能力的物业。研究人员表示，这一进步是通过显着提高计算机芯片和其他光学系统的数据路由能力来提高成像，计算和通信。

该研究由伊利诺伊州Urbana-Champaign大学研究人员Paul Braun和Lynford Loddard领导，是第一个展示调整光线弯曲和通过镜像精度透镜的方向的能力。

该研究的结果在杂志上发表：科学与应用。

“具有不同形状和光学参数的光学器件的能力为光学界面临的常见问题提供了解决方案，”布劳恩说，材料科学与工程教授。“例如，在成像应用中，专注于特定对象通常会导致模糊边缘。或者，在数据传输应用中，期望更高的速度而不牺牲计算机芯片上的空间。我们的新镜头制作技术在一个集成设备中解决了这些问题。“

作为演示，团队制作了三个镜头：平面镜头;世界上第一个可见光良韵镜镜头 - 以前不可能制造的球形镜片，具有独特的聚焦性能;和3D波导，可以实现大量数据路由功能。

伊利诺伊州的研究人员，从左边，拉曼Kumar，Corey Richards，Alex Littlefield，Lynford Goddard，海博高，Paul Braun，Dajie谢，Christian Ocier和Andrea Perry。

“标准镜片具有单一的折射率，因此只有一个灯光可以穿过镜头，”戈达德说，戈达德说，是电气和计算机工程教授。“通过控制制造期间对镜片的内部折射率和形状进行控制，我们有两种独立的方式来弯​​曲单个镜头内的光。”

在实验室中，团队使用称为Direct-Laser写入的过程来创建镜头。激光凝固液体聚合物，形成小的几何光学结构，比人头头发小100倍。研究人员表示，过去使用直激的写作以创造只有一个折射率的其他微透镜。

“我们通过在纳米多孔脚手架支撑材料内部打印来解决折射率限制，”布劳恩说。“脚手架将印刷的微光学锁定到位，允许制造具有悬挂组件的3D系统。”

研究人员理论上，这种折射率控制是聚合物凝固过程的结果。“捕获在孔隙内的聚合物的量由激光强度和暴露条件控制，”Braun表示。“虽然聚合物本身的光学性质不会改变，但是作为激光曝光的函数控制材料的总折射率。”

团队成员表示，他们预计其方法将大大影响复杂光学元件和成像系统的制造，并将有用于推进个人计算。

“这个发展的应用的一个很好的例子将是它对个人计算机中数据传输的影响，”戈达德说。“当前计算机使用电气连接来传输数据。然而，数据可以使用光波导以明显更高的速率发送，因为可以使用不同颜色的光颜色并行发送数据。主要挑战是传统的波导只能在单个平面中制作，因此可以连接芯片上有限数量的点。通过创建三维波导，我们可以大大提高数据路由，传输速度和能效。“

参考：“体积梯度指数镜头和波导的直接激光写作”由Christian R.Corian R.Corey A. Richards，Daniel A. Bacon-Brown，清鼎，拉曼Kumar，Tanner J. Garcia，Jorik Van de Groep，Jung-Hwan歌曲，Austin J. Cyphersmith，Andrew Rhode，Andrea N. Perry，亚历山大J. Littlefield，Jinlong Zhu，Dajie Xie，Haibo Gao，Jonah F. Messinger，Mark L. Brongersma，Kimani C. Toussaint Jr.，Lynford L. Goddard和Paul V. Braun，2020年12月3日，Light：科学与应用.DOI：
10.1038 / s41377-020-00431-3

U. I.研究生基督教ocier和Corey Richards是该研究的引导作者。

布劳恩是材料研究实验室主任以及贝克曼先进科学技术研究所的联盟。戈达德是伊利诺伊州Grainger工程学院的包容，多样性，股权和访问研究所的主任，是Holonyak Micro和纳米技术实验室的联系。

美国能源部，美国的能源部。和国家科学基金会支持这项研究。