Een groeiend aantal toepassingen, inclusief smartphonecamera's, afhankelijk zijn van microlenzen om de prestaties te verbeteren. Een nieuw ontwikkelde technologie, laserkatapulteren genoemd, zou het veel gemakkelijker en goedkoper kunnen maken om deze geminiaturiseerde lenzen met aangepaste eigenschappen te fabriceren, zoals vorm of focusvermogen.

In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Optische materialen Express , onderzoekers van Istituto Italiano di Tecnologia in Italië beschrijven hun nieuwe laseradditiefmethode voor het maken van microlenzen met behulp van een enkele laserpuls. De technologie maakt het zelfs mogelijk microlenzen en microlens-arrays rechtstreeks op camera's of zonnecellen te vervaardigen.

Microlenzen verbeteren de prestaties van camera's en zonnecellen door licht te concentreren in de meest gevoelige delen van de apparaten. Bijvoorbeeld, ze worden veel gebruikt in de nieuwste smartphonecamera's om de gevoeligheid en beeldsnelheid bij weinig licht te verhogen.

"Onze fabricagebenadering vereenvoudigt de productie van lenzen en biedt tegelijkertijd meer variatie in het ontwerp en meer flexibiliteit in de omgevingen waar microlenzen kunnen worden gebruikt, ", zegt onderzoeksteamleider Martí Duocastella. "Naast volledig nieuwe toepassingen, deze methode zou kunnen leiden tot nieuwe camera's die video opnemen bij weinig licht, zonnecellen met verbeterde efficiëntie en microscopen die snellere processen beter kunnen vastleggen."

Katapulteren met licht

Hoewel micro-optica in de handel verkrijgbaar is, ze kunnen onbetaalbaar zijn en moeilijk toe te voegen aan bestaande apparaten. Zelfs met traditionele fabricagemethoden voor microlenzen zoals fotolithografie, het is moeilijk om lenzen te integreren of zeer dicht opeengepakte microlens-arrays te maken.

De onderzoekers ontwikkelden katapulteren om deze beperkingen te overwinnen. De methode gebruikt een laserpuls om een ​​microschijf van een dunne polymere film te verwijderen en te katapulteren en deze op een bepaald interessegebied te laten vallen. Het polymeer in de microschijf wordt vervolgens verwarmd zodat het thermisch kan terugvloeien, waardoor capillaire krachten - dezelfde die waterdruppels bolvormig maken - de microschijf in een ronde lens kunnen vormen. Door de vorm van de laserstraal te veranderen, kunnen microlenzen met verschillende focuseigenschappen of vormen worden gemaakt, zoals rechthoekig, driehoekig of rond.

"Laserkatapulteren verbindt de punten tussen bestaande op laser gebaseerde fabricagemethoden om problemen met de huidige fabricagestrategieën voor microlenzen op te lossen, "Zei Duocastella. "Het vult de kloof tussen het groeiende aantal toepassingen waarvoor microlenzen nodig zijn en de technologieën die on-demand op maat gemaakte micro-optica kunnen genereren."

Na het bestuderen van de relatie tussen de vorm van de laserstraal en de resulterende microschijven, de onderzoekers onderzochten de reproduceerbaarheid, precisie en nauwkeurigheid van hun techniek. Hun analyse toonde aan dat de methode kan worden gebruikt om reproduceerbaar microlenzen te produceren met een straal tussen 50 en 250 micron en een zeer hoge gladheid. Het meten van de optische eigenschappen van de microlenzen en het lichtverzamelingsvermogen van microlens-arrays die met de techniek zijn gemaakt, toonde aan dat deze micro-optieken diffractie-beperkte prestaties vertoonden, wat betekent dat ze zo goed waren als de theorie toestaat.

De onderzoekers zeggen dat laserkatapulteren kan worden gecombineerd met snelle laserstraalvormende methoden voor directe controle van optische prestaties en vorm van individuele microlenzen binnen een array.

Snelle biologische processen vastleggen

De onderzoekers zijn van plan om laserkatapulten te gebruiken om microlenzen te fabriceren bovenop fotodetectorarrays, zodat ze een supersnel 3D-microscopiesysteem kunnen ontwikkelen om zeer snelle biologische processen te karakteriseren. zoals neuronale communicatie of virushandel. De microlenzen zullen de efficiëntie van het verzamelen van licht van de fotodetectoren verhogen en zo de beeldvormingstijd verkorten.

"Deze nieuwe fotodetectorarrays bieden belangrijke voordelen in vergelijking met confocale microscopie, maar kunnen niet zoveel licht verzamelen als traditionele enkelpuntsdetectoren, " zei Duocastella. "Wij geloven dat microlenzen, en laserkatapulteren in het bijzonder, zal helpen de prestaties van deze fotodetectorarrays te verbeteren en hun gebruik onder de microscopiegemeenschap uit te breiden."