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一种全新的自由光学曲面制造方法

2021年12月01日 行业资讯 656 views

不同于传统光学透镜,自由光学曲面缺少平移或旋转对称,因此制造中需要用到昂贵的专业设备。如今,以色列的研究人员发明了一种新方法,借助不同液体的浮力溶液塑造出了可固化的液体聚合物,免去了复杂制造流程。(文章见:Optica, doi:10.1364/Optica.438763)。

采用这种新工艺,只需不到一个小时的时间即可制造出粗糙度达亚纳米级的表面,包括3D打印框架、并在框架上固化聚合物等流程,堪比目前最好的抛光技术。这种方法将可将设计概念快速原型化,有助于用于多类的成像应用的复杂光学设备量产。

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使用两种液体制造透镜

研究小组负责人、以色列理工学院的机械工程教授Moran Bercovici和同事已经证明了在不混溶液体中制造简单的球面和非球面透镜的可行性(文章见:Flow, doi:10.1017/flo.2021.1)。他们将一个环浸入水和甘油的混合物中,然后在环内部注入聚合物。在重力和浮力作用稳定了聚合物的形状后,研究人员用紫外线固化聚合物,并最终得到一个表面光滑的无杂质透镜。

在此次发表的文章中,Bercovici、以色列理工学院的研究生Mor Elgarisi及其合作者改变了边界条件及构成镜片的3D打印框架的形状。他们计算了两种液体(聚合物液体和水-甘油溶液)之间形成界面的重力、静压和表面张力的平衡。他们用不同的邦德数进行了计算分析,邦德数代表聚合物中重力与表面张力的比例。

接下来,研究人员将一块平板玻璃板附着在框架的底部,并将其放入装有浸液(26.8%甘油,73.2%去离子水)的容器中,这一操作将给液体聚合物一个邦德数3。在浸入式框架中注入聚合物树脂后,团队等待其表面达到稳定、无波动,然后使用365 nm波长的灯照射5分钟,使聚合物固化。

研究人员下一步计划对这一方法进行额外改进,例如将框架的不同面放入邦德数不同的液体中,以改变自由曲面透镜的形状;同时,研究人员也在尝试各种光学聚合物,并尝试将制造过程自动化。

 


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