混合兩種不同的粘彈性的玻璃原材料（Two different viscoelastic glass precursor），3D打印，然后將成品高溫處理，并壓實形成GRIN-lens（梯度折射率光學(xué)器件）。

梯度折射率光學(xué)器件（GRIN）的折射率隨光學(xué)器件內(nèi)部位置的變化而不同（鏈接：光速的快與慢），而不是構(gòu)成常規(guī)光學(xué)透鏡的均勻玻璃體。這增加了額外的自由度，可以簡化光學(xué)元件的形狀或增加額外的功能。例如，一種普通的GRIN透鏡是具有徑向變化的折射率和平坦端面的柱狀玻璃件。

制造GRIN光學(xué)器件通常涉及將物質(zhì)擴散到玻璃中以產(chǎn)生折射率梯度。這是一個耗時且可能不完全可控的過程。現(xiàn)在，勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL；加利福尼亞州利弗莫爾）的研究人員正在使用多材料3D打印來創(chuàng)建可量身定制的GRIN光學(xué)器件，可以制造出更好的軍事專用眼鏡（military specialized eyewear）和虛擬現(xiàn)實眼鏡（virtual reality goggles）。新技術(shù)可以在平板玻璃組件中實現(xiàn)多種常規(guī)和非常規(guī)光學(xué)功能（unconventional optical functions），從而在環(huán)境穩(wěn)定的玻璃材料中提供新的光學(xué)設(shè)計多功能性。

通過使用3D打印的直接墨水書寫（direct ink-writing，DIW）方法，主動控制將兩種不同的玻璃溶膠或“墨水”的比例直接混合在一起，材料成分的梯度能夠?qū)崿F(xiàn)自由調(diào)整。使用DIW制成成分不同的光學(xué)預(yù)成型件（preform）后，將其加熱以除去所有溶劑和有機化合物，致密化為玻璃，然后使用常規(guī)光學(xué)拋光進行精加工。例如，通過研磨和拋光（鏈接：磨拋工藝-容易造成混淆的加工）從實驗平面GRIN光學(xué)器件中去除了約300μm，以去除打印線的紋理，并獲得優(yōu)于1 nm均方根（RMS）的表面微粗糙度。

折射率梯度來自通過3D打印過程沉積的二氧化硅納米顆粒混合物（mix of silica nanoparticles）中二氧化鈦（titania）濃度的變化。兩種不同的粘彈性油墨通過噴嘴沉積-噴嘴越小，折射率梯度越平滑，但迫使油墨從噴嘴流出所需的壓力也越高。研究人員在出口處使用了直徑為610μm的錐形噴嘴。最終的致密部件直徑約為11毫米，厚度為1-5毫米。具有拋物線濃度分布的組件的性能約為衍射極限的5倍（還制造了圓柱透鏡）。

該論文的主要作者麗貝卡·迪拉·斯皮爾斯（Rebecca Dylla-Spears）表示：“盡管已針對GRIN進行了演示，但該方法還可用于定制其他材料或光學(xué)特性。”（“Although demonstrated for GRIN， the approach could be used to tailor other material or optical properties as well” ）。

審核編輯：彭靜