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一个研究项目已经使用3D打印技术制造出微型光谱仪

发布时间:2021-02-22 09:15 作者:千亿app

  德国斯图加特大学(University of Stuttgart)使用3D打印技术制造折射、衍射和滤光元件。

  在微型化理念的推动下,激光直写和3D打印技术的进步帮助微光学领域实现了微光学元件的显著突破。

  据麦姆斯咨询报道,近日,德国斯图加特大学应用光学研究所(Institute of Applied Optics,ITO)的一个研究项目已经使用3D打印技术制造出微型光谱仪,该光谱仪通过双光子激光直写技术和喷墨沉积法制造而成。

  上述研究论文发表于《光:先进制造(英文版)》(Light: Advanced Manufacturing),经过微光学元件组装之后的光学系统尺寸为100微米 x 100微米 x 300微米,在490纳米至690纳米的可见光波段中具有200纳米的波长范围。

  斯图加特大学的Andrea Toulouse表示:“对于3D打印的微光学元件而言,这种光学设计的复杂性标志着一项创新!折射、衍射和空间滤光元件从未在如此微小的体积内组合起来,以形成一个复杂的光谱测量系统。”

  以往的光谱测量设备的小型化通常涉及量子点和纳米线技术,而量子点和纳米线技术又依赖于计算方法来处理和生成光谱数据。但是,斯图加特大学应用光学研究所声称,这种方法对校准敏感,并且需要复杂的重建算法。

  “迄今为止,只有通过计算方法才能实现这么小的数量级。”Andrea Toulouse说道,“相反,我们则将光谱直接转换为空间编码的强度信号,该信号可以利用商用的单色图像传感器读出。”

  微型光谱仪的设计充分考虑了最终利用光敏聚合物进行3D打印的优势,例如透镜和安装支架近乎完美对准(归功于它们的同步制造)。

  使用商用3D打印机和光刻胶材料的双光子激光直写技术可制造透明的光学元件(包括聚光镜和准直透镜),以及倾斜表面(用于引导器件整体垂直布局内的光路)。使用超精细喷墨打印机和导电墨水可制造非透明元件。斯图加特大学应用光学研究所团队说,这种方法允许将透镜、光栅、入口狭缝和安装支架全部通过3D打印一步完成。

  试验发现,以这种方式设计和制造的微型光谱仪在532纳米波长处的光谱分辨率为9.2±1.1纳米,在633纳米波长处的光谱分辨率为17.8±1.7纳米。

  研究团队的进一步工作将解决来自原型装置的相对较高的噪声水平,这可能通过改变入口狭缝相邻的导电油墨层来实现,尽管将需要考虑与光刻胶材料的固有属性之间的权衡。

  然而,概念验证装置已经指向了新的应用,尤其是由于双光子3D打印技术可以直接在图像传感器上制造微光学器件的潜力,以及与当前智能手机镜头尺寸的兼容性。

  一种情况可能是直接在图像传感器上制造微型光谱仪,以作为远端芯片内窥镜的尖端。另一种情况可能涉及将微型光谱仪用作高光谱成像中的一个单元,从而有助于提升高光谱成像传感器在农业生产等关键领域的效率。


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