利用(yòng)3D打印技术(shù)创(chuàng)造了微米大小的镜片
波兰华沙大(dà)学的(de)研究人员利用激光直(zhí)接书写(DLW)3D打印技术设计(jì)出了微米大小的镜片。这(zhè)种(zhǒng)3D打印的透镜可以在各种(zhǒng)材料上制作,包括易碎(suì)的石墨(mò)烯类(lèi)材(cái)料。
位于物理系的研究团(tuán)队解释说,这(zhè)种透镜可以取(qǔ)代之前需要的笨重的显(xiǎn)微(wēi)镜目标,而这些目标是执行单个纳米大小的(de)发光体(如(rú)量子点或原子薄的2D材料(liào))的光谱测(cè)量所需的。此外,这些笨重(chóng)的显微镜必须放(fàng)置在离待分析(xī)样品约十(shí)分之一英寸的距离,这可(kě)能会对(duì)许多(duō)类型的现代实验造(zào)成限制。研究人(rén)员表示,拟议的3D打印镜头,将镜头正面(miàn)与样品(pǐn)表面(miàn)之间的工作距离增加了两(liǎng)个数量级以(yǐ)上。这有可能(néng)为一(yī)类广泛的光(guāng)学实(shí)验开辟了(le)新的(de)前景。
研究人员通过解释说,商业化的3D打(dǎ)印机一(yī)直在经历着(zhe)快速发展,这与它的兼容材料,包括(kuò)高光(guāng)学质(zhì)量的透明介(jiè)质在内的兼容材(cái)料相吻合。研究人员表示,3D打印技术与此类材料并(bìng)驾(jià)齐驱,为生(shēng)物、医学、超(chāo)材料研(yán)究、机(jī)器人技术和微光学等诸多科(kē)技(jì)领域(yù)开辟(pì)了新的可能性。
在展(zhǎn)示(shì)其在光的(de)提取和传递方面(miàn)的应用时,论文的作者解(jiě)释说,他们已经开发出了高效的椭圆微透镜,可以在发光体的顶部3D打印。这些透(tòu)镜(jìng)被作者们描述为 "简单、经济有(yǒu)效、宽(kuān)频、通用性强(qiáng),并与(yǔ)其他广(guǎng)泛需要的(de)微光学系统的组件(jiàn)兼容",同(tóng)时还可(kě)以在(zài)没有高数值孔径(jìng)光学器件的情况(kuàng)下运行。为(wéi)了制造这(zhè)种可以在各种样品上制造的透镜,该团队选择了使用DLW 3D打印(yìn)工艺,论文中称其为 "一种(zhǒng)能够打印几乎任何(hé)形状的透镜的(de)多功能技术"。DLW也被(bèi)称为双光子(zǐ)3D光刻技术(shù),这是一种能够(gòu)生产(chǎn)任意3D纳米结构的工艺。
这(zhè)样的技术(shù)由(yóu)德国双光子快速成型制造系统制造商Nanoscribe公司提供。去年,该公司推出了量子X,专门(mén)用(yòng)于制造纳米(mǐ)尺寸的折射和衍射微(wēi)光学器件(jiàn),其尺(chǐ)寸可以小到200微(wēi)米。2019年底,来自(zì)劳伦(lún)斯利弗莫尔(ěr)国家实验室(LLNL)和香港(gǎng)中文(wén)大学的研究人员在双(shuāng)光子快速成型制造(zào)方面取(qǔ)得了突破性(xìng)进展(zhǎn),在限制(zhì)牺(xī)牲分辨率的(de)同时,加快了该技术的制造(zào)速度。
作者提出的3D打印透镜的一个(gè)关键(jiàn)属性(xìng)是,它能(néng)够增加(jiā)对(duì)半导体样品(pǐn)发出的光的提取,并(bìng)将(jiāng)其发(fā)出(chū)的部分重(chóng)塑成超窄(zhǎi)光束。由(yóu)于(yú)这(zhè)一特性,研究人员解释(shì)说,这种透镜可以帮助消除执行单点状发光(guāng)体的光(guāng)学测量所(suǒ)需的笨(bèn)重的显微镜。该论文作者表示(shì),3D打印的微透镜还可以实现(xiàn)长(zhǎng)工作距离的光学测量(1英寸的采集透镜可(kě)以达(dá)到(dào)600毫米),这是迄今为止其他分光镜技术无法(fǎ)达到的。
通常情况下(xià),标准的分光(guāng)显微镜(jìng)测量的尺寸大致(zhì)为手掌大小,重达(dá)一(yī)磅(páng)(半(bàn)公斤),而(ér)且必须放置在与样品的距离非常小的地方(fāng)。当试图在(zài)脉冲高磁(cí)场、低温或微波腔内进(jìn)行测量时,这可能会带来一些(xiē)问题,另一方面,研(yán)究团队提出的3D打印镜头可(kě)以(yǐ)很容(róng)易(yì)地将(jiāng)其抬起来(lái)。此外,DLW 3D打(dǎ)印工艺的高(gāo)速能力意味着可以(yǐ)在一个样品上制作出数百(bǎi)个微型(xíng)透镜,这有助于实现更多的时间效率研究和假(jiǎ)设测试。"将它们排列成(chéng)规(guī)则的阵列(liè)提供了一(yī)个方便的坐(zuò)标系(xì)统,可以准确地指定所选纳米(mǐ)物体的位置,并允(yǔn)许在全(quán)球不同的实验室进(jìn)行多次测(cè)量,"研(yán)究(jiū)人员解释说(shuō)。