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    罗马时代的玻璃吹制原理,制造微透镜,今天发挥到淋漓尽致

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      爱因斯坦

      自罗马时代起,将空气注入热玻璃形成气泡就被用来制造玻璃制品。在新研究中,研究人员将这些相同的玻璃吹制原理应用到微观尺度上,制造出一种特殊的锥形透镜,称为轴对称透镜。轴突是用来塑造激光的一种方式,有利于光学钻孔,成像和创造光学陷阱操纵粒子或细胞。这些镜片已经有60多年的历史了,但是它们的制造,尤其是在微小型时,并不容易。

      罗马时代的玻璃吹制原理,制造微透镜,今天发挥到淋漓尽致

      来自法国FEMTO-ST研究所的研究小组成员Nicolas Passilly说:我们的新技术有潜力以低成本在玻璃中制造出坚固的微型轴突,可用于生物医学成像应用的小型成像系统,如光学相干断层扫描(OCT)。在发表在光学学会(OSA)期刊《光学快报》上的研究中,研究人员描述了一种新的制造方法,这种方法基于在半导体晶片上并行制造大量光子和电子电路的相同过程。

      罗马时代的玻璃吹制原理,制造微透镜,今天发挥到淋漓尽致

      研究人员用该方法创造了直径分别为0.9毫米和1.8毫米的玻璃轴,并证明他们成功地制造出了贝塞尔光束。晶圆级微制造技术允许axicon集成到更复杂晶圆级微系统中,从而形成一个由晶圆堆叠而成的系统。这种集成具有更好的光学校准,高性能真空包装和更低成本为最终的系统,因为大量可以同时处理。

      制造微透镜

      (此处已添加圈子卡片,请到今日头条客户端查看)

      当与激光一起使用时,轴突会产生一束光,它开始是一束贝塞尔光束(轴对称上强度最大的非衍射光束)然后在离轴突更远的地方变成一束空心光束。贝塞尔式光束景深可以比传统圆形透镜聚焦光束的景深大几个数量级。光束的高景深使得光学钻头能够到达更深地方,并产生更高质量的OCT图像。对于光镊,光束贝塞尔状和中空部分都可以用来捕获粒子或细胞,传统上用于制作玻璃轴架的技术一次只能生产一个镜头,虽然较便宜的轴突可以用聚合物制成,但它们不能承受高温过程。

      罗马时代的玻璃吹制原理,制造微透镜,今天发挥到淋漓尽致

      如晶圆级制造,或用于需要高光能的应用。如,聚合物轴突不能用于光学钻井,因为瞬时光功率相当于核电站的功率,但持续时间极短。微玻璃吹制技术以前被用于制造微透镜,但通常需要从单个储层进行气体膨胀。研究人员开发了一种轴向制造方法,将多个储层的气体膨胀结合起来,制成光学元件的锥形。该技术从下表面塑造表面,留下高质量的光学表面,不像通常使用的方法,如蚀刻转移从3-D掩膜雕刻晶圆片从上面。

      罗马时代的玻璃吹制原理,制造微透镜,今天发挥到淋漓尽致

      为了实现这种新的微吹制方法,研究人员将硅腔沉积在同心环中,然后用玻璃在常压下密封。把硅和玻璃堆放在炉子里,会导致困在洞里的气体膨胀,形成环状气泡。这些气泡将玻璃表面挤出来形成锥形,然后将玻璃的另一面打磨掉,只留下形状各异的镜片。虽然使用的所有工艺都是微细加工标准工艺,但以非标准的方式应用这些技术来制作微型玻璃轴,这项技术可以用来创造其他形状,甚至是没有圆柱形对称性的形状。

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