Ученые-физики из МФТИ и Физического института им. П.Н. Лебедева представили новую схему для производства микроскопических приборов, которые состоят из асферической микролинзы и массива микролинз, полученных методом двухфотонной литографии. Эти устройства смогут применяться при создании сложных оптических устройств, в том числе оптимизированных микрообъективов для высокоточного измерения кривизны волнового фронта и изготовления преломляющих рентгеновских линз. Например, датчики позволяют измерить кривизну волнового фронта и передавать данные на обрабатывающие устройства, благодаря чему можно изменять форму или положение линз или зеркал. Такая разработка пригодится в астрономии, производстве и исследованиях в лазерных приборах, космической астрономии, в производстве контактных и интраокулярных линз, в том числе оптических элементов для мобильных телефонов, микроскопов и объективов фотоаппаратов.
Несмотря на то, что сейчас матрицы микролинз пользуются большой популярностью и высоким спросом, их производство остается непростой задачей, так как в существующих способах их производства есть существенные технические сложности и недостатки. Российские ученые предложили метод, при котором используется технология многофотонной литографии, также известной как прямая лазерная литография, или DLW, – этот способ достаточно легкий и недорогой. К тому же он позволяет добиться четкости рисунка на линзе, повторяющего топологию микросхемы, с последующим переносом этого рисунка на подложки.
В результате компьютерного математического моделирования с использованием программы Zemax были найдены оптимальные параметры линз: для линз массива радиус кривизны R = 5,6 мкм, фокусное расстояние f = 10,9 мкм, числовая апертура NA = 0,5, апертура 5,5 мкм. Моделируемая система включала источник света, асферическую микролинзу, массив микролинз и многожильное оптическое волокно (с семью жилами). Для асферической линзы был выбран специальный радиус кривизны, что позволило улучшить оптические характеристики и исправить сферические аберрации. Исследователи сделали асферическую линзу параболической формы с радиусом кривизны R = 24 мкм, фокусным расстоянием f = 46,7 мкм, числовой апертурой NA = 0,43 и апертурой 40,2 мкм. Расстояние между асферической линзой и микролинзами было оптимизировано для максимизации сигнала моделируемой системы.
В процессе послойного изготовления линз было использовано большое количество слоев малой толщины, что позволило уменьшить шероховатость и тем самым увеличить их оптические качества. Для литографии использовался лазер с длиной волны 780 нм.
Изображения для анализа структуры были получены с помощью конфокального микроскопа. Для получения изображения в молекулах фотоинициатора, входящих в материал линз, возбуждалась люминесценция непрерывным воздействием аргонового лазера с длиной волны 458 нм. Шаг измерения при сканировании – 0,05 мкм, что равно высоте слоев, из которых составлены линзы, это позволило точно сопоставить результаты измерений и численного моделирования. Полученные данные показали, что результат согласуется с результатами численного моделирования.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, проект № 22-79-10153, и опубликована в журнале Physics of Wave Phenomena.
Источник: «Научная Россия»
распечатать статью
