羅馬時代的玻璃吹制原理，創(chuàng)造微透鏡，今天發(fā)揮到淋漓盡致！

2019-08-08 11:46 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

自羅馬時代起，將空氣注入熱玻璃形成氣泡就被用來制造玻璃制品。在新研究中，研究人員將這些相同的玻璃吹制原理應(yīng)用到微觀尺度上，制造出一種特殊的錐形透鏡，稱為軸對稱透鏡。

軸突是用來塑造激光的一種方式，有利于光學鉆孔，成像和創(chuàng)造光學陷阱操縱粒子或細胞。這些鏡片已經(jīng)有60多年的歷史了，但是它們的制造，尤其是在微小型時，并不容易。

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(shù)有潛力以低成本在玻璃中制造出堅固的微型軸突，可用于生物醫(yī)學成像應(yīng)用的小型成像系統(tǒng)，如光學相干斷層掃描(OCT)。在發(fā)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制造方法，這種方法基于在半導體晶片上并行制造大量光子和電子電路的相同過程。

研究人員用該方法創(chuàng)造了直徑分別為0.9毫米和1.8毫米的玻璃軸，并證明他們成功地制造出了貝塞爾光束。晶圓級微制造技術(shù)允許axicon集成到更復雜晶圓級微系統(tǒng)中，從而形成一個由晶圓堆疊而成的系統(tǒng)。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(tǒng)，因為大量可以同時處理。

創(chuàng)造微透鏡

當與激光一起使用時，軸突會產(chǎn)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）然后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(tǒng)圓形透鏡聚焦光束的景深大幾個數(shù)量級。光束的高景深使得光學鉆頭能夠到達更深地方，并產(chǎn)生更高質(zhì)量的OCT圖像。對于光鑷，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(tǒng)上用于制作玻璃軸架的技術(shù)一次只能生產(chǎn)一個鏡頭，雖然較便宜的軸突可以用聚合物制成，但它們不能承受高溫過程。

如晶圓級制造，或用于需要高光能的應(yīng)用。如，聚合物軸突不能用于光學鉆井，因為瞬時光功率相當于核電站的功率，但持續(xù)時間極短。微玻璃吹制技術(shù)以前被用于制造微透鏡，但通常需要從單個儲層進行氣體膨脹。研究人員開發(fā)了一種軸向制造方法，將多個儲層的氣體膨脹結(jié)合起來，制成光學元件的錐形。該技術(shù)從下表面塑造表面，留下高質(zhì)量的光學表面，不像通常使用的方法，如蝕刻轉(zhuǎn)移從3-D掩膜雕刻晶圓片從上面。

為了實現(xiàn)這種新的微吹制方法，研究人員將硅腔沉積在同心環(huán)中，然后用玻璃在常壓下密封。把硅和玻璃堆放在爐子里，會導致困在洞里的氣體膨脹，形成環(huán)狀氣泡。這些氣泡將玻璃表面擠出來形成錐形，然后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(yīng)用這些技術(shù)來制作微型玻璃軸，這項技術(shù)可以用來創(chuàng)造其他形狀，甚至是沒有圓柱形對稱性的形狀。