Billig, enkel fremstillingsmetode klar til at udvide applikationer til mikrolinser

Et stigende antal ansøgninger, herunder smartphone -kameraer, afhænger af mikrolinser for at øge ydeevnen. En nyudviklet teknologi, kaldes laser katapultering, kunne gøre det meget lettere og billigere at fremstille disse miniaturiserede linser med tilpassede egenskaber, såsom form eller fokuseringskraft.

I tidsskriftet The Optical Society (OSA) Express optiske materialer , forskere fra Istituto Italiano di Tecnologia i Italien beskriver deres nye laser-additiv metode til at skabe mikrolinser ved hjælp af en enkelt laserpuls. Teknologien gør det endda muligt at fremstille mikrolinser og mikrolinser direkte på kameraer eller solceller.

Mikrolinser forbedrer ydeevnen for kameraer og solceller ved at koncentrere lys i de mest følsomme områder af enhederne. For eksempel, de er meget udbredt i de nyeste smartphone-kameraer til at øge følsomheden og billedhastigheden under dårlige lysforhold.

"Vores fremstillingsmetode forenkler produktionen af ​​linser, samtidig med at den tillader mere variation i designet og mere fleksibilitet i de miljøer, hvor mikrolinser kan bruges, "sagde forskningsteamleder Martí Duocastella." Ud over helt nye applikationer, denne metode kan føre til nye kameraer, der optager video under dårlige lysforhold, solceller med forbedret effektivitet og mikroskoper, der er bedre til at fange hurtige processer. "

Katapulterer med lys

Selvom mikrooptik er kommercielt tilgængelig, de kan være uoverkommeligt dyre og svære at tilføje til eksisterende enheder. Selv med traditionelle mikrolensfremstillingsmetoder såsom fotolitografi, det er svært at integrere linser eller lave meget tæt pakket mikrolinser.

Forskerne udviklede katapult til at overvinde disse begrænsninger. Metoden anvender en laserpuls til at fjerne og katapultere en mikrodisk fra en tynd polymerfilm og tabe den på et defineret område af interesse. Polymeren i mikrodisken opvarmes derefter, så den kan varmestrømme, tillade kapillarkræfter - de samme, der gør vanddråber kugleformede - til at forme mikrodisken til en rund linse. Ændring af laserstrålens form tillader fremstilling af mikrolinser med forskellige fokuseringsegenskaber eller former, såsom rektangulære, trekantet eller cirkulært.

"Laserkatapulting forbinder prikkerne mellem eksisterende laserbaserede fremstillingsmetoder for at løse problemer med nuværende mikrolensfremstillingsstrategier, "sagde Duocastella." Det fylder hullet mellem det stigende antal applikationer, der kræver mikrolinser, og de teknologier, der er i stand til at generere skræddersyet mikrooptik efter behov. "

Efter at have undersøgt forholdet mellem laserstråleformen og de resulterende mikrodisketter, forskerne undersøgte reproducerbarheden, præcision og nøjagtighed i deres teknik. Deres analyse viste, at metoden kunne bruges til reproducerbart at producere mikrolinser med radier mellem 50 og 250 mikron og meget høj glathed. Måling af de mikrolinsers optiske egenskaber og lysopsamlingsmulighederne for mikrolinser arrays fremstillet med teknikken viste, at disse mikrooptikker udviste diffraktionsbegrænset ydeevne, hvilket betyder, at de var så gode som teorien tillader.

Forskerne siger, at laser katapultering kunne kombineres med hurtige laserstråleformningsmetoder til on-the-fly kontrol af optisk ydeevne og form af individuelle mikrolinser inden for en matrix.

Optagelse af hurtige biologiske processer

Forskerne planlægger at bruge laser katapultering til at fremstille mikrolinser oven på fotodetektorarrays, så de kan udvikle et højhastigheds 3D-mikroskopisystem til at karakterisere meget hurtige biologiske processer, såsom neuronal kommunikation eller virushandel. Mikrolinserne øger fotodetektorernes lysopsamlingseffektivitet og reducerer dermed billeddannelsestiden.

"Disse nye fotodetektorarrays tilbyder vigtige fordele i forhold til konfokal mikroskopi, men kan ikke opsamle så meget lys som traditionelle enkeltpunktsdetektorer, "sagde Duocastella." Vi mener, at mikrolinser, især laserkatapultering, vil hjælpe med at forbedre disse fotodetektorarrays ydeevne og udvide deres anvendelse blandt mikroskopifællesskabet. "