研究人员利用3D打印微透镜改善光学和数据传输的性能

研究人员开发出新型3D打印微透镜，具有可调节的折射率，这一特性使其具有高度专业化的光聚焦能力。研究人员表示，这一进展将通过显著提高计算机芯片和其他光学系统的数据路由能力来改善成像、计算和通信。

这项研究由伊利诺伊大学香槟分校的研究人员Paul Braun和Lynford Goddard领导，首次展示了以亚微米精度调整光线弯曲和通过透镜的方向的能力。该研究结果发表在《光：科学与应用》杂志上。

材料科学与工程教授的Braun说："在成像应用中，聚焦于特定物体往往会导致边缘模糊。或者，在数据传输应用中，希望在不牺牲计算机芯片空间的情况下获得更高的速度。我们的新透镜制造技术可以在一个集成器件中解决这些问题。"

作为演示，该团队制造了三种透镜：一种平面透镜、世界上第一个可见光Luneburg透镜，以前不可能制造的具有独特聚焦特性的球形透镜、以及可能实现大规模数据路由功能的3D波导。

"标准透镜的折射率是单一的，因此只有一条光线可以通过透镜的路径，"电气和计算机工程教授的Goddard说。"通过在制造过程中控制内部折射率和透镜的形状，我们有两种独立的方式来弯曲单一透镜内部的光线。"

在实验室中，该团队使用一种名为直接激光写入的过程来制造镜片。激光将液态聚合物凝固，形成比人的头发小100倍的小型几何光学结构。研究人员表示，过去已经使用直接激光写入来创建只有一种折射率的微透镜。

"我们通过在纳米多孔支架支撑材料内部打印来解决折射率的限制，"Braun说。"脚手架将打印的微光学器件锁定在原地，从而可以制造一个具有悬浮组件的3D系统。"

研究人员推测，这种折射率控制是聚合物固化过程的结果。"被夹在孔隙内的聚合物数量是由激光强度和曝光条件控制的，"Braun说。"虽然聚合物本身的光学特性不会改变，但材料的整体折射率作为激光照射的函数而受到控制。"

"这一研究成果会对个人计算机内数据传输产生重大影响影响，"Goddard说。"目前的计算机利用电来传输数据。而使用光波导可以以更高的速度发送数据，因为可以使用不同颜色的光来并行发送数据。一个主要的挑战是，传统的波导只能在一个平面上制作，因此芯片上能连接的点数量有限。通过创建三维波导，我们可以大幅提高数据路由、传输速度和能源效率。"

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