超长距离显微观察的3D打印镜头

2020-05-16 23:39武汉啸云3D打印
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波兰华沙大学的研究人员使用激光直写(DLW)3D打印技术设计微米级镜头。 这种3D打印镜头可以用多种材料制成,包括易碎的石墨烯材料。


  物理系的研究团队解释说,这种透镜可以代替以前需要的笨重的显微镜目标,而这些目标是对单个纳米大小的发光体(例如量子点或薄原子2D材料)进行光谱测量所必需的。   。


  另外,这些笨重的显微镜必须放置在距待分析样品约十分之一英寸的距离处,这可能会限制许多类型的现代实验。 研究人员说,建议的3D打印镜头将镜头前部和样品表面之间的工作距离增加了两个数量级以上。 这可能为广泛的光学实验开辟新的前景。


  研究人员解释说,商用3D打印机一直在快速发展,这与其兼容的材料一致,包括高光学质量的透明介质。 研究人员说,3D打印技术与此类材料保持同步,为生物学,医学,超材料研究,机器人技术和微光学等许多科学和技术领域开辟了新的可能性。


  在演示其在光提取和传输中的应用时,该论文的作者解释说,他们已经开发出了可以在发光体顶部3D打印的高效椭圆形微透镜。 作者将这些透镜描述为“简单,经济高效,宽带,通用且可与广泛需要的微光学系统的其他组件兼容”,并且无需高数值孔径的光学器件即可工作。


  为了制造可在各种样品上制造的这种镜片,研究小组选择使用DLW 3D打印工艺,该工艺被称为“能够打印几乎任何形状的镜片的多功能技术”。   DLW也被称为双光子3D光刻,这是一种能够产生任意3D纳米结构的过程。


  此类技术由德国双光子快速原型制造系统制造商Nanoscribe提供。 去年,该公司推出了Quantum X,该产品专门用于制造纳米级折射和衍射微光学器件,该器件可小至200微米。


  在2019年底,劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)和香港中文大学的研究人员在两光子快速原型制造中取得了突破性进展,这加快了该技术的制造速度,同时限制了分辨率的牺牲。


  作者提出的3D打印镜头的关键特性是,它可以增加半导体样品发射光的提取,并使发射的部分重新整形为超窄光束。 由于这一特性,研究人员解释说,这种透镜可以帮助消除进行单点光源光学测量所需的笨重的显微镜。 该论文的作者指出,3D打印微透镜还可以实现长距离的光学测量(1英寸的采集透镜可以达到600毫米),这是迄今为止其他分束器技术无法实现的。


  通常,用标准光谱显微镜测得的尺寸大约是手掌的尺寸,重达一磅(半公斤),并且必须与样品相距很小的距离。 尝试在脉冲强磁场,低温或微波腔中测量时,这可能会引起一些问题。 另一方面,研究小组提出的3D打印镜头可以轻松将其抬起。


  此外,DLW 3D打印过程的高速功能意味着可以在一个样品上制作数百个微透镜,这有助于实现更多的时间效率研究和假设检验。 研究人员解释说:“将它们排列成规则的阵列提供了一个方便的坐标系,可以精确地指定所选纳米对象的位置,并可以在世界各地的不同实验室中进行多次测量。”




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