Ett växande antal ansökningar, inklusive smartphonekameror, beroende av mikrolinser för att öka prestandan. En nyutvecklad teknik, kallas laserkatapultering, kan göra det mycket lättare och billigare att tillverka dessa miniatyriserade linser med anpassade egenskaper, såsom form eller fokuseringskraft.
I tidskriften The Optical Society (OSA). Expressmaterial Express , forskare från Istituto Italiano di Tecnologia i Italien beskriver sin nya laseradditiva metod för att skapa mikrolinser med en enda laserpuls. Tekniken tillåter till och med mikrolinser och mikrolinsuppsättningar att tillverkas direkt på kameror eller solceller.
Mikrolinser förbättrar prestandan hos kameror och solceller genom att koncentrera ljuset till de känsligaste områdena på enheterna. Till exempel, de används ofta i de nyaste smarttelefonkamerorna för att öka känsligheten och bildhastigheten i svagt ljus.
"Vår tillverkningsmetod förenklar produktionen av linser samtidigt som vi tillåter mer variation i designen och mer flexibilitet i de miljöer där mikrolinser kan användas, " sa forskargruppsledaren Martí Duocastella. "Förutom helt nya applikationer, denna metod kan leda till nya kameror som förvärvar video under svagt ljus, solceller med förbättrad effektivitet och mikroskop som är bättre på att fånga snabba processer. "
Katapult med ljus
Även om mikrooptik är kommersiellt tillgänglig, de kan vara oerhört dyra och svåra att lägga till befintliga enheter. Även med traditionella mikrolinsframställningsmetoder som fotolitografi, det är svårt att integrera linser eller att göra mycket tätt packade mikrolinser.
Forskarna utvecklade katapult för att övervinna dessa begränsningar. Metoden använder en laserpuls för att ta bort och katapultera en mikrodisk från en tunn polymerfilm och släppa den på ett definierat område av intresse. Polymeren i mikrodisken upphettas sedan så att den kan termiskt återflöda, låta kapillärkrafter - samma som gör vattendroppar sfäriska - att forma mikrodisken till en rund lins. Genom att ändra laserstrålens form kan man tillverka mikrolinser med olika fokuseringsegenskaper eller former, såsom rektangulär, triangulär eller cirkulär.
"Laserkatapultering kopplar ihop prickarna mellan befintliga laserbaserade tillverkningsmetoder för att lösa problem med nuvarande mikrolinstillverkningsstrategier, "sa Duocastella." Det fyller klyftan mellan det växande antalet applikationer som kräver mikrolinser och den teknik som kan generera skräddarsydd mikrooptik på begäran. "
Efter att ha studerat förhållandet mellan laserstrålens form och de resulterande mikrodiskarna, forskarna undersökte reproducerbarheten, precision och noggrannhet i deras teknik. Deras analys visade att metoden kunde användas för att reproducerbart producera mikrolinser med radier mellan 50 och 250 mikron och mycket hög jämnhet. Att mäta de optiska egenskaperna hos mikrolinserna och ljusuppsamlingsförmågan hos mikrolinsarrayer gjorda med tekniken visade att dessa mikrooptik uppvisade diffraktionsbegränsad prestanda, vilket betyder att de var så bra som teorin tillåter.
Forskarna säger att laserkatapultering kan kombineras med snabba laserstråleformningsmetoder för direktkontroll av optisk prestanda och form av individuella mikrolinser inom en array.
Fånga snabba biologiska processer
Forskarna planerar att använda laserkatapult för att tillverka mikrolinser ovanpå fotodetektoruppsättningar så att de kan utveckla ett höghastighets 3D-mikroskopisystem för att karakterisera mycket snabba biologiska processer, såsom neuronal kommunikation eller virushandel. Mikrolinserna kommer att öka ljusuppsamlingseffektiviteten för fotodetektorerna och därmed minska bildtiden.
"Dessa nya fotodetektoruppsättningar erbjuder viktiga fördelar jämfört med konfokalmikroskopi men kan inte samla så mycket ljus som traditionella enpunktsdetektorer, "sa Duocastella." Vi tror att mikrolinser, och laserkatapultering i synnerhet, kommer att hjälpa till att förbättra prestandan för dessa fotodetektoruppsättningar och utöka deras användning bland mikroskopimiljön. "
