德國斯圖加特大學（University of Stuttgart）使用3D打印技術制造折射、衍射和濾光元件。

在微型化理念的推動下，激光直寫和3D打印技術的進步幫助微光學領域實現了微光學元件的顯著突破。

據麥姆斯咨詢報道，近日，德國斯圖加特大學應用光學研究所（Institute of Applied Optics，ITO）的一個研究項目已經使用3D打印技術制造出微型光譜儀，該光譜儀通過雙光子激光直寫技術和噴墨沉積法制造而成。

上述研究論文發表于《光：先進制造（英文版）》（Light: Advanced Manufacturing），經過微光學元件組裝之后的光學系統尺寸為100微米 x 100微米 x 300微米，在490納米至690納米的可見光波段中具有200納米的波長范圍。

圖中右側為德國斯圖加特大學制造的微型光學系統

斯圖加特大學的Andrea Toulouse表示：“對于3D打印的微光學元件而言，這種光學設計的復雜性標志著一項創新！折射、衍射和空間濾光元件從未在如此微小的體積內組合起來，以形成一個復雜的光譜測量系統。”

以往的光譜測量設備的小型化通常涉及量子點和納米線技術，而量子點和納米線技術又依賴于計算方法來處理和生成光譜數據。但是，斯圖加特大學應用光學研究所聲稱，這種方法對校準敏感，并且需要復雜的重建算法。

“迄今為止，只有通過計算方法才能實現這么小的數量級。”Andrea Toulouse說道，“相反，我們則將光譜直接轉換為空間編碼的強度信號，該信號可以利用商用的單色圖像傳感器讀出。”

可直接在圖像傳感器上制造微型光譜儀

微型光譜儀的設計充分考慮了最終利用光敏聚合物進行3D打印的優勢，例如透鏡和安裝支架近乎完美對準（歸功于它們的同步制造）。

使用商用3D打印機和光刻膠材料的雙光子激光直寫技術可制造透明的光學元件（包括聚光鏡和準直透鏡），以及傾斜表面（用于引導器件整體垂直布局內的光路）。使用超精細噴墨打印機和導電墨水可制造非透明元件。斯圖加特大學應用光學研究所團隊說，這種方法允許將透鏡、光柵、入口狹縫和安裝支架全部通過3D打印一步完成。

試驗發現，以這種方式設計和制造的微型光譜儀在532納米波長處的光譜分辨率為9.2±1.1納米，在633納米波長處的光譜分辨率為17.8±1.7納米。

研究團隊的進一步工作將解決來自原型裝置的相對較高的噪聲水平，這可能通過改變入口狹縫相鄰的導電油墨層來實現，盡管將需要考慮與光刻膠材料的固有屬性之間的權衡。

然而，概念驗證裝置已經指向了新的應用，尤其是由于雙光子3D打印技術可以直接在圖像傳感器上制造微光學器件的潛力，以及與當前智能手機鏡頭尺寸的兼容性。

一種情況可能是直接在圖像傳感器上制造微型光譜儀，以作為遠端芯片內窺鏡的尖端。另一種情況可能涉及將微型光譜儀用作高光譜成像中的一個單元，從而有助于提升高光譜成像傳感器在農業生產等關鍵領域的效率。

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