工業(yè)4.0要求復(fù)雜功能的簡單化解決方案。光學(xué)傳感器，如針孔相機(jī)，可以提供焦深和合理的分辨率，但它們的強(qiáng)度較低，無法實(shí)現(xiàn)可靠和快速的成像。這需要較長的曝光時(shí)間，這犧牲了快速成像能力，限制了它們在自動(dòng)駕駛汽車中的實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)表在《光：先進(jìn)制造》雜志上的一篇新論文中，吉林大學(xué)Qi-Dai Chen教授領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種制造3D微透鏡陣列(MLAs)的新技術(shù)。研究團(tuán)隊(duì)的靈感來自蜻蜓的復(fù)眼。蜻蜓的復(fù)眼由成千上萬個(gè)微小的透鏡組成，使昆蟲能夠看到更廣闊的視野。

MLAs是微觀尺度上的小功能特征，易于集成。它們作為實(shí)用光學(xué)器件，在并行微制造、集成光流體微芯片、仿生學(xué)、光束整形、3D成像和3D顯示中得到了廣泛應(yīng)用。

微透許多方法已被提出用于高效MLA制造，但大多數(shù)方法效率低下，無法制造復(fù)眼所需的3D表面。此外，MLA大多由軟材料制成，可以通過機(jī)械變形從2D圖案轉(zhuǎn)換為3D配置。

飛秒激光增強(qiáng)局部濕蝕刻(fs-LEWE)是一種有前途的大規(guī)模制造微凹透鏡陣列(MCLAs)的技術(shù)。該技術(shù)具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括高通量、簡化步驟，以及在平面和非平面表面上制造MCLA的能力。然而，與fs-LEWE相關(guān)的挑戰(zhàn)仍然存在。

一個(gè)挑戰(zhàn)是制造效率有限，因?yàn)樵撨^程通常以脈沖方式進(jìn)行。另一個(gè)挑戰(zhàn)是該過程對曲面基板可能是復(fù)雜和苛刻的，因?yàn)楸砻嫱負(fù)浔仨氉屑?xì)編程，并需要高精度的3D運(yùn)動(dòng)階段。

 a. GAN示意圖。b. 使用GAN預(yù)測的圖像，c. 原始圖像。

并行處理可以顯著提高fs-LEWE的效率，但在大塊材料內(nèi)部或曲面上的3D并行制造仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

飛秒激光增強(qiáng)局部濕蝕刻(fs-LEWE)是一種有前途的大規(guī)模制造微凹透鏡陣列(MCLAs)的技術(shù)。研究人員正在努力克服這些挑戰(zhàn)，使fs-LEWE成為制造MLCA的更有效和通用的技術(shù)。這可能導(dǎo)致開發(fā)性能和應(yīng)用得到改善的新光學(xué)器件。

一種制造3DMLA的新方法已經(jīng)開發(fā)出來。該技術(shù)使用3D激光燒蝕曲面，然后在酸中蝕刻。這種方法可以生產(chǎn)高質(zhì)量的3D凹透鏡陣列，可用于制作軟復(fù)眼。使用深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行圖像恢復(fù)可以進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量。

空間光調(diào)制器(SLM)是一種僅相位衍射光學(xué)元件，可以將激光束的相位調(diào)制成任意分布。這使得創(chuàng)建高精度復(fù)雜的3D圖案成為可能。

研究小組的新技術(shù)被稱為全息fs-激光加工輔助濕法刻蝕技術(shù)。該過程的第一步是在曲面基板上創(chuàng)建一個(gè)大的單凹透鏡。這是通過透鏡將激光束聚焦到基板上實(shí)現(xiàn)的。

激光束在基板上產(chǎn)生小凹坑，在濕法刻蝕過程中逐漸演變成球形輪廓。下一步是使用SLM創(chuàng)建一個(gè)3D分布式焦斑陣列。該陣列聚焦于基板上，創(chuàng)建一個(gè)3D種子陣列。然后將種子蝕刻成微透鏡，這些微透鏡重疊形成緊密堆積和彎曲的MCLA。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)包括其高精度、高效率和多功能性。它可以用于制造高保真的復(fù)雜3D圖案，并且可以在多種基板上使用。這種方法有可能徹底改變微觀光學(xué)器件的制造。

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