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研究員開發(fā)出用于制造精密光學(xué)元件的2.5D噴墨打印技術(shù)

2018-05-15 10:33 來源:網(wǎng)絡(luò) 責(zé)編:???

摘要:
光學(xué)3D打印已經(jīng)取得了許多突破,現(xiàn)在瑞士的研究人員正在引入新的突破。來自瑞士電子和微技術(shù)中心(CSEM)的團隊開發(fā)了噴墨打印技術(shù),用于制造精密光學(xué)元件,如通過限制波的擴展(簡稱“波導(dǎo)”)允許信號傳播而不會造成大量的能量損失。

    【CPP114】訊:光學(xué)3D打印已經(jīng)取得了許多突破,現(xiàn)在瑞士的研究人員正在引入新的突破。來自瑞士電子和微技術(shù)中心(CSEM)的團隊開發(fā)了噴墨打印技術(shù),用于制造精密光學(xué)元件,如通過限制波的擴展(簡稱“波導(dǎo)”)允許信號傳播而不會造成大量的能量損失。


  但這里有一個問題, 實際上這種方法被認為是2.5D打印,而不是3D打印,因為與3D打印相比,打印結(jié)構(gòu)雖然不平整,但復(fù)雜程度有限。“噴墨印刷是制造光學(xué)元件的一種非常有吸引力的方法,因為特征的位置和尺寸可以很容易地修改,而且?guī)缀鯖]有材料浪費。然而,油墨的表面張力使得打印具有特定高度的線條變得困難,這對于形成“波導(dǎo)”是必需的,“CSEM團隊成員FabianLütolf說。


  噴墨印刷通常是一個步驟的過程,通過微小的噴嘴將一滴圖案沉積到基底上。但是CSEM團隊發(fā)現(xiàn),線條可以印刷更平滑的特征,并且在特定的高度上通過兩步沉積墨水。他們的技術(shù)可以打印由丙烯酸聚合物制成的2.5D光學(xué)波導(dǎo)和錐體,以及金屬油墨等其他材料�,F(xiàn)在在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Lütolf和團隊負責(zé)人Rolando Ferrini的Pius M. Theiler在Optics Express期刊上發(fā)表了一篇題為《使用毛細管橋的光學(xué)波導(dǎo)的非接觸式印刷》的論文。


  由于液體的表面張力,沉積在基材上的油墨可能裂開或凸起。但是這個兩步法可以將這個問題轉(zhuǎn)化為一個優(yōu)勢,步驟#2中印刷的墨水可以在第一次印刷的墨滴之間自行對齊,以降低其表面張力。這也意味著研究人員不必預(yù)先對基材進行圖案印刷,而這對于其他噴墨印刷技術(shù)來說是必需的,這使得制造更簡單并且增加了可用的設(shè)計空間。


  新技術(shù)首先打印一系列球形液滴,稱為釘帽,然后釘住由第二張照片墨水制成的液橋。這種液滴配置可防止墨水移動,從而防止印刷線上形成凸起。這種方法還可以連接多個連接點以形成尖銳的邊緣和拐角,與傳統(tǒng)的光刻技術(shù)相比,它還具有幾個優(yōu)點,常用于制造芯片上的微小元件。研究人員使用噴墨打印方法來創(chuàng)建該波導(dǎo)。通過波導(dǎo)發(fā)送激光(紅色)可以測量波導(dǎo)的光學(xué)特性。Lütolf解釋說:“噴墨打印不需要像光刻這樣的物理掩模,而且連接組件更容易。此外,如果您只想快速測試一個想法或改變參數(shù),噴墨打印等增材制造方法只需要適應(yīng)數(shù)字設(shè)計�!�


  根據(jù)新的兩步噴墨印刷方法(h-n)和其實際印刷(o-u)的理論計算,將印刷特征與標準一步噴墨印刷(a-g)進行比較。比例尺= 200微米。該團隊創(chuàng)建了一個寬20微米,高31微米的聚合物波導(dǎo),并帶有一個錐形,以允許來自外部激光器的光線進入波導(dǎo),以評估新方法。測量波導(dǎo)內(nèi)的光損耗為0.19 dB / cm,僅比光刻法制作的波導(dǎo)高一個數(shù)量級。


  “在這篇論文中,我們報告了首批具有損耗表征的噴墨印刷波導(dǎo)。對于我們設(shè)想的應(yīng)用,波導(dǎo)將在短距離內(nèi)傳輸光線,而不是在整個網(wǎng)絡(luò)中傳輸光線,“Lütolf說。 “目前的損失水平對于這種應(yīng)用是可以容忍的。最小的波導(dǎo)由一個單獨的墨滴組成,并且其大小受打印機噴嘴的限制。但是他們研究中打印機的最窄波導(dǎo)尺寸為40微米,高度約為10微米,這與市場上使用工業(yè)噴墨打印機性能相似。通過我們目前的材料和硬件組合,不可能將波導(dǎo)制作在10微米以下,這對于單模操作通常是必需的。但我們很接近。然而,沒有基本的物理限制會阻止我們打印單模波導(dǎo)�!�

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