研究人員開(kāi)發(fā)出新型3D打印微透鏡，具有可調(diào)節(jié)的折射率，這一特性使其具有高度專(zhuān)業(yè)化的光聚焦能力。研究人員表示，這一進(jìn)展將通過(guò)顯著提高計(jì)算機(jī)芯片和其他光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)路由能力來(lái)改善成像、計(jì)算和通信。

這項(xiàng)研究由伊利諾伊大學(xué)香檳分校的研究人員Paul Braun和Lynford Goddard領(lǐng)導(dǎo)，首次展示了以亞微米精度調(diào)整光線(xiàn)彎曲和通過(guò)透鏡的方向的能力。該研究結(jié)果發(fā)表在《光：科學(xué)與應(yīng)用》雜志上。

材料科學(xué)與工程教授的Braun說(shuō)："在成像應(yīng)用中，聚焦于特定物體往往會(huì)導(dǎo)致邊緣模糊。或者，在數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中，希望在不犧牲計(jì)算機(jī)芯片空間的情況下獲得更高的速度。我們的新透鏡制造技術(shù)可以在一個(gè)集成器件中解決這些問(wèn)題。"

作為演示，該團(tuán)隊(duì)制造了三種透鏡：一種平面透鏡、世界上第一個(gè)可見(jiàn)光Luneburg透鏡，以前不可能制造的具有獨(dú)特聚焦特性的球形透鏡、以及可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)路由功能的3D波導(dǎo)。

"標(biāo)準(zhǔn)透鏡的折射率是單一的，因此只有一條光線(xiàn)可以通過(guò)透鏡的路徑，"電氣和計(jì)算機(jī)工程教授的Goddard說(shuō)。"通過(guò)在制造過(guò)程中控制內(nèi)部折射率和透鏡的形狀，我們有兩種獨(dú)立的方式來(lái)彎曲單一透鏡內(nèi)部的光線(xiàn)。"

在實(shí)驗(yàn)室中，該團(tuán)隊(duì)使用一種名為直接激光寫(xiě)入的過(guò)程來(lái)制造鏡片。激光將液態(tài)聚合物凝固，形成比人的頭發(fā)小100倍的小型幾何光學(xué)結(jié)構(gòu)。研究人員表示，過(guò)去已經(jīng)使用直接激光寫(xiě)入來(lái)創(chuàng)建只有一種折射率的微透鏡。

"我們通過(guò)在納米多孔支架支撐材料內(nèi)部打印來(lái)解決折射率的限制，"Braun說(shuō)。"腳手架將打印的微光學(xué)器件鎖定在原地，從而可以制造一個(gè)具有懸浮組件的3D系統(tǒng)。"

研究人員推測(cè)，這種折射率控制是聚合物固化過(guò)程的結(jié)果。"被夾在孔隙內(nèi)的聚合物數(shù)量是由激光強(qiáng)度和曝光條件控制的，"Braun說(shuō)。"雖然聚合物本身的光學(xué)特性不會(huì)改變，但材料的整體折射率作為激光照射的函數(shù)而受到控制。"

"這一研究成果會(huì)對(duì)個(gè)人計(jì)算機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生重大影響影響，"Goddard說(shuō)。"目前的計(jì)算機(jī)利用電來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。而使用光波導(dǎo)可以以更高的速度發(fā)送數(shù)據(jù)，因?yàn)榭梢允褂貌煌�顏色的光�?lái)并行發(fā)送數(shù)據(jù)。一個(gè)主要的挑戰(zhàn)是，傳統(tǒng)的波導(dǎo)只能在一個(gè)平面上制作，因此芯片上能連接的點(diǎn)數(shù)量有限。通過(guò)創(chuàng)建三維波導(dǎo)，我們可以大幅提高數(shù)據(jù)路由、傳輸速度和能源效率。"

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