突破性镀膜技术使3D打印镜片具有抗反射性
斯图加特大学的研究人员开发了一种新的、可靠的方法，为3D打印镜片涂上抗反射涂层。
这种被称为低温热原子层沉积 (ALD) 的方法能够为直径小至 600 微米的多透镜系统镀膜，并有助于最大限度地减少由于透镜界面之间的反射而造成的光损失。据该团队称，这项创新将对依赖多个微透镜的高性能光学系统的3D打印产生重大影响。
“我们的新方法将使任何使用多个镜头的3D打印复杂光学系统受益，”该研究的主要作者 Harald Giessen 说。“然而，它对于微型光纤内窥镜等应用特别有用，这些应用需要高质量的光学器件，并用于在不太理想的照明条件下进行成像。”
带有和不带有抗反射涂层的3D打印微透镜
需要消除反射
在光学系统中，每次光通过透镜-空气边界时，都会因反射而损失少量光能。这种现象在多镜头系统中尤为明显，因为损耗会迅速增加，因此如果我们想要保持图像质量，防反射涂层是必不可少的。
大而简单的镜头，例如相机中使用的镜头，在组装成最终产品之前都会进行涂层处理。最常见的方法之一是溅射，这是一种物理气相沉积工艺。不幸的是，我们不能将相同的传统技术用于微型3D打印透镜系统，因为它们通常具有更复杂的单片几何形状，具有难以触及的空腔和悬垂部分。
“我们多年来一直致力于3D打印微光学器件，并始终努力改进和优化我们的制造工艺，”Giessen 补充道。“在我们的光学系统中添加抗反射涂层以提高复杂镜头系统的成像质量是合乎逻辑的下一步。”
传统的薄膜沉积工艺实际上可用于将抗反射涂层应用于3D打印几何图形，但它们通常需要高温。双光子聚合中使用的树脂通常在高达 200°C 的温度下保持稳定，因此该团队试图开发一种仅在 150°C 下工作的ALD技术。
低温热原子层沉积
低温ALD技术的工作原理是将3D打印部件暴露在含有分子前体的气体中，从而形成抗反射涂层。由于气体分子可以自由移动和扩散，它们可以渗入复杂结构的空腔和悬垂部分，成功地形成均匀的薄涂层。通过改变前体气体和沉积额外的层，可以微调涂层的厚度、折射特性和反射特性，以创建定制的3D打印镜片。
该团队使用一组3D打印在 Nanoscribe Quantum X 系统上的微型镜头样品测试了他们的ALD涂层方法。结果表明，涂层确实是成功的，将平面基板在可见波长下的宽带反射率降低到 1% 以下。
展望未来，研究人员相信他们还可以调整工艺，将其他薄膜（如彩色滤光片）直接沉积到3D打印微透镜上。
“我们首次将ALD应用于制造3D打印复杂微光学的抗反射涂层，”该论文的第一作者 Simon Ristok 说。“这种方法可用于制造新型极薄的内窥镜设备，这可能会带来诊断——甚至可能是治疗——疾病的新方法。它还可用于制造用于自动驾驶汽车的微型传感器系统或用于增强/虚拟现实设备（如护目镜）的高质量微型光学器件。”
研究人员使用显微镜获取 600 微米3D打印透镜系统的图像
该研究的更多细节可以在题为“复杂 3D打印微光学系统上保形抗反射涂层的原子层沉积”的论文中找到。