基于3D打印和多孔硅的紧凑型可见光波长消色差透镜开发

     

单透镜的白光彩色成像（左）和混合透镜的白光消色差成像（右）

据phys.org网站报道，美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员利用3D打印和多孔硅，开发了紧凑型可见光波长消色差透镜，可用于小型化和轻量化光学器件。这些高性能混合微光器件实现了高聚焦效率，同时最大限度地减少了体积和厚度。

此外，这些微透镜可以构建成阵列以形成用于消色差光场成像器和显示器的更大面积图像。这项研究的结果发表在《Nature Communications》期刊上。

在成像应用中存在多种波长的光，例如白光。如果使用单个透镜来聚焦这些光，不同波长的光会聚焦在不同点从而产生颜色模糊图像。将多个透镜堆叠在一起以形成消色差透镜可以解决这一问题。 然而，挑战在于制造消色差透镜所需的透镜元件堆叠相对较厚，使经典消色差透镜不适合新型小规模技术平台，如超小型可见波长相机、便携式显微镜甚至可穿戴设备。      

使用单透镜，不同波长的光聚焦在不同点

为制造更薄透镜，该团队将折射透镜与平面衍射透镜相结合。研究人员表示：底部透镜是将红光聚焦得更近的衍射透镜，顶部透镜是将红色聚焦得更远的折射透镜。它们相互抵消并聚使红光焦到同一位置。

为创建紧凑型混合消色差成像系统，研究人员开发了一种名为“通过光束照射实现亚表面可控折射率”（SCRIBE）的制造工艺，其中聚合物结构在多孔硅宿主介质中3D打印，该介质机械地支撑光学元件。

在该过程中，将液体聚合物填充到多孔硅中，并使用超快激光器将液体聚合物转化为固体聚合物。通过这种方法能够在不需要外部支撑的情况下集成透镜的衍射和折射元件，同时最大限度地减少体积，提高制造的便利性，实现高效消色差聚焦。

应用这种方法，可以借助混合消色差微透镜阵列重建更大面积的图像，将为光场相机和光场显示器等应用铺平道路。

审核编辑：刘清