2020年12月15日，来自伊利诺伊大学的研究人员团队开发了一种球面透镜，该透镜能够将来自任何方向的入射光聚焦在与输入方向相反的透镜表面上，并且焦点很小。该透镜是研究人员介绍的多种微透镜设计之一，每个微透镜都是3D打印的，并且折射率可调。标准透镜具有单一折射率，因此，入射光只能通过单个接入点穿过透镜。由于能够在制造过程中精确控制透镜的形状和内部折射率的特性，研究人员引入了两种不同的方式来操纵单个透镜内部的光，这项研究是第一个成功地调节光在穿过单个光学透镜时弯曲方向的方法。
镜片的设计具有改善现有成像和通讯方法的潜力。在计算中，镜头技术已准备好增强计算机芯片和其他光学系统执行数据路由任务的能力。
为了制造镜头，研究人员使用了直接激光书写或多光子光刻技术。该过程涉及将飞秒脉冲激光聚焦到光聚合物中，导致光聚合物在激光的焦点处固化。
“我们的过程不同于传统的直接激光书写，”Ocier说，“我们将光敏聚合物浸入多孔支架中，然后通过将激光引导到浸透的多孔支架中进行固化。对于多孔支架，我们选择多孔硅，是因为它具有光学透明性以及能够使光敏聚合物彻底润湿其孔的能力。”
图1. 伊利诺伊州的研究人员开发了一种球面透镜，该透镜可以使从任何方向进入透镜的光聚焦到与输入方向完全相反的透镜表面上的一个非常小的点。
该团队使用了一种常见的可商购的聚合物IP-Dip，它能够形成高分辨率的结构，Ocier说。尽管目前存在多光子光刻微透镜，但这些透镜仅具有单一折射率。该过程通常会固化的聚合物形成的光学结构最多比人的头发小100倍。
研究人员认为，实现精确控制折射率的能力源于聚合物固化和凝固的过程。曝光条件与激光强度配对，决定了被截留在孔中的聚合物的数量。
团队在演示中制造的三块透镜之一是可见光Luneburg透镜，这是以前无法制造的透镜，因为需要创建一个折射率梯度，该梯度必须在整个3D打印中严格遵守特定方程，Ocier说过。 “由于Luneburg透镜被设计为聚焦较小的波长，因此提高了所需的折射率分辨率。”
在进行商业化之前，伊利诺伊大学的团队必须解决“缝合”问题，一次打印一个大型3D打印结构的一部分可能会导致结构错误。
Ocier说，新工艺本质上是连续的。 “这里的挑战是找到一种方法，允许在同时写入多个设备的同时控制光学设备的3D形状及其折射率。”
