Northwester大学､新方法で効率的なレンズ作製

April, 28, 2021, Evanston--レーザ直描(DLW)は光コンポーネント製造技術である｡その方法には､実際的な制限があり､利用が高価になる｡ノースウエスタン工学部の新しい研究により､高効率のレンズを装備した小型デバイスを使うことにより､低コストで一段と進んだプリンティングが可能になる｡

マコーミック工学部のKoray Aydin とSridhar Krishnaswamyは､逆設計と3Dナノプリンティングなど､電磁設計法で製造したコンパクトな薄型レンズにより研究者が,表面に構造をプリント形成できることを実証した｡これは､従来のDLWシステムを使っては達成が困難である｡

論文“Inverse Design and 3D Printing of a Metalens on an Optical Fiber Tip for Direct Laser Lithography”｢ダイレクトレーザリソグラフィ向け､光ファイバ先端にメタレンズを逆設計し3Dプリント｣は､Nano Lettersに発表された｡Aydinは､電気コンピュータ工学准教授､Krishnaswamyは､機械工学教授｡

｢われわれのアプローチは､類例がない｡型破りな設計と製造技術を使うからである｣とAydin｡｢これは､様々なアプリケーションで簡素でコスト効果の優れた代替を可能にする｡イメージング､内視鏡､光ナノ粒子トラッピングなどだ｣｡

既知の構造から始めて光学素子を作る従来の方法とは違い､逆設計法は､最適設計に任意の初期推定を許容する｡これは､設計の目標に厳しい制限を課し､最適設計を探すことで達成される｡逆設計法と2光子重合を組み合わせることで､複雑な光学構造製造の新たな代替が可能になる｡従来の技術を使っていては､達成が困難な構造である｡

研究チームは､高開口数メタレンズを作製した｡これは､ファイバ端にプリント可能である｡そのレンズは2光子重合システム､いわゆる3Dナノプリンティングを使用し､100nm分解能で構造をプリントできる｡

研究成果を直接証明するためにチームは､作製したメタレンズを使い手作りのシステムを構築し､その効果が大きなガラスレンズに匹敵することを示した｡

｢われわれは､同等の効率を維持しながら効果的にレンズサイズを4桁縮小した｡これによりわれわれは､ファイバ端メタレンズを使ってナノスケール3Dプリントができる｡これは,多様で､さらに複雑な形状に新たな機会を開く｣とAydinはコメントしている｡

｢様々な方向にこれらの光ファイバ端メタレンズを複数作製できると､複数の角度で同時3Dプリントが可能になる｡これは､一般に使われている大きなレンズでは､現状､できないことである｣とKrishnaswamyは話している｡

(詳細は､https://www.mccormick.northwestern.edu)