Nové 3D tištěné mikročočky s nastavitelnými indexy lomu – pro zlepšení zobrazení, zpracování dat a komunikace

Vědci z Illinois vyvinuli sférickou čočku, která umožňuje zaostření světla vstupujícího do čočky z libovolného směru na velmi malý bod na povrchu čočky přesně v opačném směru, než do kterého vstupuje. Je to poprvé, co byla vyrobena taková čočka viditelného světla. Uznání: Artwork by Michael Vincent

Vědci vyvinuli nové 3D mikroskopické čočky s nastavitelnými indexy lomu – vlastnost, která jim poskytuje vysoce specializované schopnosti zaostření na světlo. Tento pokrok je navržen tak, aby zlepšil zobrazování, zpracování dat a komunikaci významným zlepšením schopnosti směrování dat počítačových čipů a dalších optických systémů, uvedli vědci.

Studii provedli vědci z University of Illinois Urbana-Champaign Paul Braun a Lynford Goddard. bloudí.

Výsledky studie budou publikovány v časopise Light: Science and Application.

„Schopnost vyrábět optiku různých tvarů a optických parametrů nabízí řešení běžných problémů v optice,“ uvedl Braun, profesor vědy a technologie materiálů. “V zobrazovacích aplikacích má zaostření na konkrétní objekt často za následek rozmazané hrany.” V aplikacích pro přenos dat jsou požadovány vyšší rychlosti, aniž by došlo ke ztrátě místa na počítačovém čipu. Naše nová technologie výroby čoček řeší tyto problémy v jednom integrovaném zařízení. “

Aby demonstroval, tým vyrobil tři čočky: plochá čočka; první čočka Lüneburg na světě s viditelným světlem – dříve neproduktivní sférická čočka s jedinečnými zaostřovacími vlastnostmi; a 3D vlnovody, které potenciálně umožňují masivní možnosti směrování dat.

Výzkumný tým SCRIBE

Illinoisští vědci, zleva: Raman Kumar, Corey Richards, Alex Littlefield, Lynford Goddard, Haibo Gao, Paul Braun, Dajie Xie, Christian Ocier a Andrea Perry. Kredit: Foto Brian Stauffer

„Standardní čočka má jediný index lomu, a tedy pouze jeden způsob, jak může světlo procházet čočkou,“ řekl Goddard, profesor elektrotechniky a výpočetní techniky. „Řízením vnitřního indexu lomu a tvaru čočky během výroby máme dva nezávislé způsoby, jak ohýbat světlo v jedné čočce.“

V laboratoři používá tým k vytvoření čoček proces zvaný přímý laserový zápis. Laser tuhne kapalné polymery a vytváří malé geometrické optické struktury, které jsou až stokrát menší než lidský vlas. Přímé laserové psaní se v minulosti používalo k vytváření dalších mikročoček, které měly pouze jeden index lomu, uvedli vědci.

„Omezení indexu lomu jsme řešili tiskem v materiálu nanoporézní kostry,“ řekl Braun. „Rámec uzamkne tištěnou mikrooptiku a umožní výrobu 3D systému se zavěšenými komponenty.“

Vědci se domnívají, že toto řízení indexu lomu je výsledkem procesu tuhnutí polymeru. „Množství polymeru, které se zachytí v pórech, je řízeno intenzitou laseru a podmínkami expozice,“ řekl Braun. „I když se samotné optické vlastnosti polymeru nemění, celkový index lomu materiálu je řízen jako funkce expozice laseru.“

Členové týmu věří, že jejich metoda bude mít významný dopad na výrobu složitých optických komponent a zobrazovacích systémů a bude užitečná při zdokonalování osobních výpočtů.

„Dobrým příkladem toho, jak lze tento vývoj uplatnit, bude jeho dopad na přenos dat v osobním počítači,“ uvedl Goddard. “Současné počítače používají k přenosu dat elektrická připojení.” Data však mohou být posílána mnohem vyšší rychlostí pomocí optického vlnovodu, protože k paralelnímu odesílání dat lze použít různé barvy světla. Hlavní výzvou je, že konvenční vlnovody lze vyrábět pouze v jedné rovině, a tak lze připojit omezený počet bodů na čipu. Vytvořením trojrozměrných vlnovodů můžeme výrazně zlepšit směrování dat, přenosovou rychlost a energetickou účinnost. “

Odkaz: „Přímé laserové psaní čoček a vlnovodů s volumetrickým gradientem“ od Christian R. Ocier, Corey A. Richards, Daniel A. Bacon-Brown, Qan Ding, Raman Kumar, Tanner J. Garcia, Jorik van de Groep, Jung-Hwan Song, Austin J. Cyphersmith, Andrew Rhode, Andrea N. Perry, Alexander J. Littlefield, Jinlong Zhu, Dajie Xie, Haibo Gao, Jonah F. Messinger, Mark L. Brongersma, Kimani C. Toussaint Jr., Lynford L. Goddard a Paul V. Braun, 3. prosince 2020, Světlo: Věda a aplikace.
DOI: 10.1038 / s41377-020-00431-3

Hlavními autory studie jsou doktorandi Christian Ocier a Corey Richards.

Braun je ředitelem Laboratoře materiálového výzkumu a členem Beckmanova institutu pro pokročilé vědy a technologie. Goddard je ředitelem Institutu pro inkluzi, rozmanitost, spravedlnost a přístup na Grainger College of Engineering a členem Holonyak Micro and Nanotechnology Laboratory v Illinois.

Americké ministerstvo energetiky, U. I. a National Science Foundation podpořily tento výzkum.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Lipidy na membráně mozkových buněk jsou kvůli léčbě Alzheimerovy choroby většinou přehlíženy

Byly vytvořeny vazby mezi lipidovou nerovnováhou a onemocněním, kdy změny lipidů zvyšují tvorbu amyloidových plaků, což je rys Alzheimerovy choroby. Tato nerovnováha inspirovala...

Astrofyzici jsou překvapeni neočekávanými účinky černých děr mimo jejich vlastní galaxie

Umělecká kompozice supermasivní černé díry, která reguluje vývoj jejího prostředí. Autor obrázku: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC) a Dylan Nelson (Illustris-TNG) Ve středu téměř každé...

Největší australský dinosaurus – jižní titán – právě vstoupil do knih rekordů!

Australotitan cooperensis, „Southern Titan of the Cooper“. Fotografický kredit: Vlad Konstantinov, Scott Hocknull © Eromanga Natural History Museum Co je to basketbalové hřiště tak...

„Paralelní reaktory“ na bázi fotonických krystalových vláken odhalují kolektivní analogie hmotných a solitárních molekul

A. Schéma paralelních optických solitonových reaktorů založené na dutině prstencového vláknového laseru s režimem blokování. Časová optomechanická (OM) mříž umožněná fotonickými krystalovými...

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Newsletter

Subscribe to stay updated.