基于3D打印和多孔硅的緊湊型可見光波長(zhǎng)消色差透鏡開發(fā)

單透鏡的白光彩色成像（左）和混合透鏡的白光消色差成像（右）

據(jù)phys.org網(wǎng)站報(bào)道，美國(guó)伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的研究人員利用3D打印和多孔硅，開發(fā)了緊湊型可見光波長(zhǎng)消色差透鏡，可用于小型化和輕量化光學(xué)器件。這些高性能混合微光器件實(shí)現(xiàn)了高聚焦效率，同時(shí)最大限度地減少了體積和厚度。

此外，這些微透鏡可以構(gòu)建成陣列以形成用于消色差光場(chǎng)成像器和顯示器的更大面積圖像。這項(xiàng)研究的結(jié)果發(fā)表在《Nature Communications》期刊上。

在成像應(yīng)用中存在多種波長(zhǎng)的光，例如白光。如果使用單個(gè)透鏡來(lái)聚焦這些光，不同波長(zhǎng)的光會(huì)聚焦在不同點(diǎn)從而產(chǎn)生顏色模糊圖像。將多個(gè)透鏡堆疊在一起以形成消色差透鏡可以解決這一問(wèn)題。 然而，挑戰(zhàn)在于制造消色差透鏡所需的透鏡元件堆疊相對(duì)較厚，使經(jīng)典消色差透鏡不適合新型小規(guī)模技術(shù)平臺(tái)，如超小型可見波長(zhǎng)相機(jī)、便攜式顯微鏡甚至可穿戴設(shè)備。

使用單透鏡，不同波長(zhǎng)的光聚焦在不同點(diǎn)

為制造更薄透鏡，該團(tuán)隊(duì)將折射透鏡與平面衍射透鏡相結(jié)合。研究人員表示：底部透鏡是將紅光聚焦得更近的衍射透鏡，頂部透鏡是將紅色聚焦得更遠(yuǎn)的折射透鏡。它們相互抵消并聚使紅光焦到同一位置。

為創(chuàng)建緊湊型混合消色差成像系統(tǒng)，研究人員開發(fā)了一種名為“通過(guò)光束照射實(shí)現(xiàn)亞表面可控折射率”（SCRIBE）的制造工藝，其中聚合物結(jié)構(gòu)在多孔硅宿主介質(zhì)中3D打印，該介質(zhì)機(jī)械地支撐光學(xué)元件。

在該過(guò)程中，將液體聚合物填充到多孔硅中，并使用超快激光器將液體聚合物轉(zhuǎn)化為固體聚合物。通過(guò)這種方法能夠在不需要外部支撐的情況下集成透鏡的衍射和折射元件，同時(shí)最大限度地減少體積，提高制造的便利性，實(shí)現(xiàn)高效消色差聚焦。

應(yīng)用這種方法，可以借助混合消色差微透鏡陣列重建更大面積的圖像，將為光場(chǎng)相機(jī)和光場(chǎng)顯示器等應(yīng)用鋪平道路。

審核編輯：劉清