• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    3-D-tryckt glas förbättrar den optiska designflexibiliteten

    Konstnärlig återgivning av en ambitiös framtida automatiserad produktionsprocess för anpassad GRIN-optik, visar multimaterial 3D-utskrift av en skräddarsydd kompositionsoptisk förform, omvandling till glas via värmebehandling, polering och inspektion av den slutliga optiken med brytningsindexgradienter. Kredit:Jacob Long och Brian Chavez.

    Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskare har använt 3D-utskrift i flera material för att skapa skräddarsydd glasoptik med gradientbrytningsindex som skulle kunna ge bättre militärspecialiserade glasögon och virtuell verklighetsglasögon.

    Den nya tekniken kan uppnå en mängd olika konventionella och okonventionella optiska funktioner i en plan glaskomponent (utan ytkrökning), erbjuder ny optisk design mångsidighet i miljöstabila glasmaterial.

    Teamet kunde skräddarsy gradienten i materialsammansättningarna genom att aktivt kontrollera förhållandet mellan två olika glasbildande pastor eller "bläck" som blandas ihop inline med hjälp av DIW-metoden för 3D-utskrift. Efter att den sammansättningsvarierande optiska förformen byggts med DIW, den förtätas sedan till glas och kan efterbehandlas med konventionell optisk polering.

    "Förändringen i materialsammansättning leder till en förändring av brytningsindex när vi omvandlar det till glas, " sa LLNL-forskaren Rebecca Dylla-Spears, huvudförfattare till en tidning som visas idag i Vetenskapens framsteg .

    Projektet startade 2016 när teamet började titta på sätt som additiv tillverkning kunde användas för att utveckla optik och optiska system. Eftersom additiv tillverkning erbjuder möjligheten att kontrollera både struktur och sammansättning, det gav en ny väg till tillverkning av glaslinser med gradientbrytningsindex.

    Kredit:Lawrence Livermore National Laboratory

    Gradient refractive index (GRIN) optik ger ett alternativ till konventionellt färdig optik. GRIN-optik innehåller en rumslig gradient i materialsammansättning, som ger en gradient i materialets brytningsindex – ändrar hur ljus färdas genom mediet. En GRIN-lins kan ha en plan yta men ändå utföra samma optiska funktion som en likvärdig konventionell lins.

    GRIN-optik finns redan i naturen på grund av utvecklingen av ögonlinser. Exempel finns i de flesta arter, där förändringen i brytningsindex över ögonlinsen styrs av den varierande koncentrationen av strukturella proteiner.

    Möjligheten att helt rumsligt kontrollera materialsammansättning och optisk funktionalitet ger nya alternativ för GRIN-optikdesign. Till exempel, flera funktioner kan utformas till en enda optik, såsom fokusering kombinerat med korrigering av vanliga optiska aberrationer. Dessutom, det har visat sig att användningen av optik med kombinerad ytkrökning och gradienter i brytningsindex har potential att minska storleken och vikten av optiska system.

    Genom att skräddarsy indexet, en böjd optik kan ersättas med en plan yta, vilket skulle kunna minska efterbehandlingskostnaderna. Ytkrökning kan också läggas till för att manipulera ljus med användning av både bulk- och yteffekter.

    En rad polerade, 3D-printade linser med gradientbrytningsindex gjorda av titanoxidopat kiselglas. Rutnätsrutor är 1 millimeter på varje sida. Kredit:Lawrence Livermore National Laboratory

    Den nya tekniken kan också spara vikt i optiska system. Till exempel, det är avgörande att optik som används av soldater i fält är lätt och bärbar.

    "Detta är första gången vi har kombinerat två olika glasmaterial genom 3-D-utskrift och demonstrerat deras funktion som optik. Även om de demonstrerats för GRIN, metoden skulle kunna användas för att skräddarsy andra material eller optiska egenskaper också, " sa Dylla-Spears.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com