研究人員開發出了新的3D列印微透鏡，具有可調節的折射率，這一特性使其具有高度專業化的光聚焦能力。研究人員表示，這一進展將通過顯著提高計算機晶片和其他光學系統的數據路由能力來改善成像、計算和通信。
這項研究由伊利諾伊大學香檳分校的研究人員Paul Braun和Lynford Goddard領導，首次展示了以亞微米精度調整光線彎曲和通過透鏡的方向的能力。該研究結果發表在《Light.Science and Application》雜誌上。
材料科學與工程教授的Braun說："在成像應用中，聚焦於特定物體往往會導致邊緣模糊。或者，在數據傳輸應用中，希望在不犧牲計算機晶片空間的情況下獲得更高的速度。我們的新透鏡製造技術可以在一個集成器件中解決這些問題。"
作為演示，該團隊製造了三種透鏡：一種平面透鏡、世界上第一個可見光Luneburg透鏡，以前不可能製造的具有獨特聚焦特性的球形透鏡、以及可能實現大規模數據路由功能的3D波導。
"標準透鏡的折射率是單一的，因此只有一條光線可以通過透鏡的路徑，"電氣和計算機工程教授的Goddard說。"通過在製造過程中控制內部折射率和透鏡的形狀，我們有兩種獨立的方式來彎曲單一透鏡內部的光線。"
在實驗室中，該團隊使用一種名為直接雷射寫入的過程來製造鏡片。雷射將液態聚合物凝固，形成比人的頭髮小100倍的小型幾何光學結構。研究人員表示，過去已經使用直接雷射寫入來創建只有一種折射率的微透鏡。
"我們通過在納米多孔支架支撐材料內部列印來解決折射率的限制，"Braun說。"腳手架將列印的微光學器件鎖定在原地，從而可以製造一個具有懸浮組件的3D系統。"
研究人員推測，這種折射率控制是聚合物固化過程的結果。"被夾在孔隙內的聚合物數量是由雷射強度和曝光條件控制的，"Braun說。"雖然聚合物本身的光學特性不會改變，但材料的整體折射率作為雷射照射的函數而受到控制。"
"這一研究成果會對個人計算機內數據傳輸產生重大影響影響，"Goddard說。"目前的計算機利用電來傳輸數據。而使用光波導可以以更高的速度發送數據，因為可以使用不同顏色的光來並行發送數據。一個主要的挑戰是，傳統的波導只能在一個平面上製作，因此晶片上能連接的點數量有限。通過創建三維波導，我們可以大幅提高數據路由、傳輸速度和能源效率。"
論文標題為《Direct laser writing of volumetric gradient index lenses and waveguides》。