德國(guó)斯圖加特大學(xué)（University of Stuttgart）使用3D打印技術(shù)制造折射、衍射和濾光元件。

在微型化理念的推動(dòng)下，激光直寫和3D打印技術(shù)的進(jìn)步幫助微光學(xué)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了微光學(xué)元件的顯著突破。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，德國(guó)斯圖加特大學(xué)應(yīng)用光學(xué)研究所（Institute of Applied Optics，ITO）的一個(gè)研究項(xiàng)目已經(jīng)使用3D打印技術(shù)制造出微型光譜儀，該光譜儀通過(guò)雙光子激光直寫技術(shù)和噴墨沉積法制造而成。

上述研究論文發(fā)表于《光：先進(jìn)制造（英文版）》（Light: Advanced Manufacturing），經(jīng)過(guò)微光學(xué)元件組裝之后的光學(xué)系統(tǒng)尺寸為100微米 x 100微米 x 300微米，在490納米至690納米的可見(jiàn)光波段中具有200納米的波長(zhǎng)范圍。

圖中右側(cè)為德國(guó)斯圖加特大學(xué)制造的微型光學(xué)系統(tǒng)

斯圖加特大學(xué)的Andrea Toulouse表示：“對(duì)于3D打印的微光學(xué)元件而言，這種光學(xué)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性標(biāo)志著一項(xiàng)創(chuàng)新！折射、衍射和空間濾光元件從未在如此微小的體積內(nèi)組合起來(lái)，以形成一個(gè)復(fù)雜的光譜測(cè)量系統(tǒng)?！?br />
以往的光譜測(cè)量設(shè)備的小型化通常涉及量子點(diǎn)和納米線技術(shù)，而量子點(diǎn)和納米線技術(shù)又依賴于計(jì)算方法來(lái)處理和生成光譜數(shù)據(jù)。但是，斯圖加特大學(xué)應(yīng)用光學(xué)研究所聲稱，這種方法對(duì)校準(zhǔn)敏感，并且需要復(fù)雜的重建算法。

“迄今為止，只有通過(guò)計(jì)算方法才能實(shí)現(xiàn)這么小的數(shù)量級(jí)?！盇ndrea Toulouse說(shuō)道，“相反，我們則將光譜直接轉(zhuǎn)換為空間編碼的強(qiáng)度信號(hào)，該信號(hào)可以利用商用的單色圖像傳感器讀出?！?br />
可直接在圖像傳感器上制造微型光譜儀

微型光譜儀的設(shè)計(jì)充分考慮了最終利用光敏聚合物進(jìn)行3D打印的優(yōu)勢(shì)，例如透鏡和安裝支架近乎完美對(duì)準(zhǔn)（歸功于它們的同步制造）。

使用商用3D打印機(jī)和光刻膠材料的雙光子激光直寫技術(shù)可制造透明的光學(xué)元件（包括聚光鏡和準(zhǔn)直透鏡），以及傾斜表面（用于引導(dǎo)器件整體垂直布局內(nèi)的光路）。使用超精細(xì)噴墨打印機(jī)和導(dǎo)電墨水可制造非透明元件。斯圖加特大學(xué)應(yīng)用光學(xué)研究所團(tuán)隊(duì)說(shuō)，這種方法允許將透鏡、光柵、入口狹縫和安裝支架全部通過(guò)3D打印一步完成。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以這種方式設(shè)計(jì)和制造的微型光譜儀在532納米波長(zhǎng)處的光譜分辨率為9.2±1.1納米，在633納米波長(zhǎng)處的光譜分辨率為17.8±1.7納米。

研究團(tuán)隊(duì)的進(jìn)一步工作將解決來(lái)自原型裝置的相對(duì)較高的噪聲水平，這可能通過(guò)改變?nèi)肟讵M縫相鄰的導(dǎo)電油墨層來(lái)實(shí)現(xiàn)，盡管將需要考慮與光刻膠材料的固有屬性之間的權(quán)衡。

然而，概念驗(yàn)證裝置已經(jīng)指向了新的應(yīng)用，尤其是由于雙光子3D打印技術(shù)可以直接在圖像傳感器上制造微光學(xué)器件的潛力，以及與當(dāng)前智能手機(jī)鏡頭尺寸的兼容性。

一種情況可能是直接在圖像傳感器上制造微型光譜儀，以作為遠(yuǎn)端芯片內(nèi)窺鏡的尖端。另一種情況可能涉及將微型光譜儀用作高光譜成像中的一個(gè)單元，從而有助于提升高光譜成像傳感器在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等關(guān)鍵領(lǐng)域的效率。

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