用3D打印的多层结构为高数值孔径的无色金属镜头

科学领域:

• 光学和光子学 在光学和光子学.
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 纳米技术纳米技术

背景情况:

• 使用高折射率材料的传统平面光学 (金属透镜) 经常受到狭窄带宽和有限的数值光圈 (NA) 的困扰.
• 现有的无色金属镜头面临NA和操作带宽之间的权衡,阻碍了实际应用.
• 实现宽带,高NA和极化不敏感的金属镜头仍然是光学工程中的一个重大挑战.

研究的目的:

• 为设计高NA,宽带和极化不敏感的多层无色金属透镜 (MAM) 提出并展示一种新的方法.
• 克服现有的金属设计固有的局限性,特别是NA带宽权衡.
• 利用反向设计策略与先进的制造技术相结合,用于创建下一代元设备.

主要方法:

• 采用拓优化与全波电磁模拟相结合,用于MAM的反向设计.
• 在低折射率材料中使用双光子聚合光刻法制造设计的MAM.
• 描述了制造的金属镜头的光学性能,包括NA,带宽和效率.

主要成果:

• 成功设计和制造了20微米直径的MAM,在可见光谱 (400-800 nm) 中运行.
• 实现了0.5和0.7的高数值光圈,效率高达42%.
• 展示了使用白光和RGB窄带照明的宽带成像能力.

结论:

• 拟议的反向设计方法可以创建高性能,宽带和极化不敏感的无色金属镜头.
• 3D打印的多层结构为实现多功能元设备提供了一个有前途的平台.
• 这项工作为先进的平面光学铺平了道路,在成像和光学系统中有应用.