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科學家開發用於製造精密光學元件2.5D噴墨列印技術
發佈日期:2018/5/16
消息來源:中國3D列印網
光學3D列印已經取得了許多突破,現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中心(CSEM)的團隊開發了噴墨列印技術,用於製造精密光學元件,如通過限制波的擴展(簡稱「波導」)允許信號傳播而不會造成大量的能量損失。

這裡有一個問題, 實際上這種方法被認為是2.5D列印,而不是3D列印,因為與3D列印相比,列印結構雖然不平整,但複雜程度有限。

「噴墨印刷是製造光學元件的一種非常有吸引力的方法,因為特徵的位置和尺寸可以很容易地修改,而且幾乎沒有材料浪費。然而,油墨的表面張力使得列印具有特定高度的線條變得困難,這對於形成「波導」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團隊發現,線條可以印刷更平滑的特徵,並且在特定的高度上通過兩步沉積墨水。他們的技術可以列印由丙烯酸聚合物製成的2.5D光學波導和錐體,以及金屬油墨等其他材料。現在在蘇黎世聯邦理工學院Lütolf和團隊負責人Rolando Ferrini的Pius M. Theiler在Optics Express期刊上發表了一篇題為《使用毛細管橋的光學波導的非接觸式印刷》的論文。

由於液體的表面張力,沉積在基材上的油墨可能裂開或突起,但是這個兩步法可以將這個問題轉化為一個優勢,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先對基材進行圖案印刷,而這對於其他噴墨印刷技術來說是必需的,這使得製造更簡單並且增加了可用的設計空間。

新技術首先列印一系列球形液滴,稱為釘帽,然後釘住由第二張照片墨水製成的液橋。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,與傳統的光刻技術相比,它還具有幾個優點,常用於製造晶片上的微小元件。研究人員使用噴墨列印方法來創建該波導。通過波導發送鐳射(紅色)可以測量波導的光學特性。Lütolf解釋說:「噴墨列印不需要像光刻這樣的物理掩模,而且連接元件更容易。此外,如果您只想快速測試一個想法或改變參數,噴墨列印等增材製造方法只需要適應數位設計。」

根據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,將印刷特徵與標準一步噴墨印刷(a-g)進行比較。比例尺= 200微米。該團隊創建了一個寬20微米,高31微米的聚合物波導,並帶有一個錐形,以允許來自外部雷射器的光線進入波導,以評估新方法。測量波導內的光損耗為0.19 dB / cm,僅比光刻法制作的波導高一個數量級。

「在這篇論文中,我們報告了首批具有損耗表徵的噴墨印刷波導。對於我們設想的應用,波導將在短距離內傳輸光線,而不是在整個網路中傳輸光線。」Lütolf說。 「目前的損失水準對於這種應用是可以容忍的。最小的波導由一個單獨的墨滴組成,並且其大小受印表機噴嘴的限制。但是他們研究中印表機的最窄波導尺寸為40微米,高度約為10微米,這與市場上使用工業噴墨印表機性能相似。通過我們目前的材料和硬體組合,不可能將波導製作在10微米以下,這對於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列印單模波導。」

 
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