羅馬時代的玻璃吹制原理,製造微透鏡,今天發揮到淋漓盡致!

2020-12-03 博科園

自羅馬時代起,將空氣注入熱玻璃形成氣泡就被用來製造玻璃製品。在新研究中,研究人員將這些相同的玻璃吹制原理應用到微觀尺度上,製造出一種特殊的錐形透鏡,稱為軸對稱透鏡。軸突是用來塑造雷射的一種方式,有利於光學鑽孔,成像和創造光學陷阱操縱粒子或細胞。這些鏡片已經有60多年的歷史了,但是它們的製造,尤其是在微小型時,並不容易。

來自法國FEMTO-ST研究所的研究小組成員Nicolas Passilly說:我們的新技術有潛力以低成本在玻璃中製造出堅固的微型軸突,可用於生物醫學成像應用的小型成像系統,如光學相干斷層掃描(OCT)。在發表在光學學會(OSA)期刊《光學快報》上的研究中,研究人員描述了一種新的製造方法,這種方法基於在半導體晶片上並行製造大量光子和電子電路的相同過程。

研究人員用該方法創造了直徑分別為0.9毫米和1.8毫米的玻璃軸,並證明他們成功地製造出了貝塞爾光束。晶圓級微製造技術允許axicon集成到更複雜晶圓級微系統中,從而形成一個由晶圓堆疊而成的系統。這種集成具有更好的光學校準,高性能真空包裝和更低成本為最終的系統,因為大量可以同時處理。

製造微透鏡

當與雷射一起使用時,軸突會產生一束光,它開始是一束貝塞爾光束(軸對稱上強度最大的非衍射光束)然後在離軸突更遠的地方變成一束空心光束。貝塞爾式光束景深可以比傳統圓形透鏡聚焦光束的景深大幾個數量級。光束的高景深使得光學鑽頭能夠到達更深地方,並產生更高質量的OCT圖像。對於光鑷,光束貝塞爾狀和中空部分都可以用來捕獲粒子或細胞,傳統上用於製作玻璃軸架的技術一次只能生產一個鏡頭,雖然較便宜的軸突可以用聚合物製成,但它們不能承受高溫過程。

如晶圓級製造,或用於需要高光能的應用。如,聚合物軸突不能用於光學鑽井,因為瞬時光功率相當於核電站的功率,但持續時間極短。微玻璃吹制技術以前被用於製造微透鏡,但通常需要從單個儲層進行氣體膨脹。研究人員開發了一種軸向製造方法,將多個儲層的氣體膨脹結合起來,製成光學元件的錐形。該技術從下表麵塑造表面,留下高質量的光學表面,不像通常使用的方法,如蝕刻轉移從3-D掩膜雕刻晶圓片從上面。

為了實現這種新的微吹制方法,研究人員將矽腔沉積在同心環中,然後用玻璃在常壓下密封。把矽和玻璃堆放在爐子裡,會導致困在洞裡的氣體膨脹,形成環狀氣泡。這些氣泡將玻璃表面擠出來形成錐形,然後將玻璃的另一面打磨掉,只留下形狀各異的鏡片。雖然使用的所有工藝都是微細加工標準工藝,但以非標準的方式應用這些技術來製作微型玻璃軸,這項技術可以用來創造其他形狀,甚至是沒有圓柱形對稱性的形狀。

博科園|研究/來自:光學學會參考期刊《光學快報》DOI: 10.1364/OL.44.003282博科園|科學、科技、科研、科普

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