Um número crescente de aplicativos, incluindo câmeras de smartphone, dependem de microlentes para aumentar o desempenho. Uma tecnologia desenvolvida recentemente, chamada catapulta a laser, poderia tornar muito mais fácil e menos caro fabricar essas lentes miniaturizadas com propriedades personalizadas, como forma ou poder de foco.

No jornal The Optical Society (OSA) Optical Materials Express , pesquisadores do Istituto Italiano di Tecnologia na Itália descrevem seu novo método aditivo a laser para criar microlentes usando um único pulso de laser. A tecnologia permite até que microlentes e arranjos de microlentes sejam fabricados diretamente em câmeras ou células solares.

As microlentes melhoram o desempenho de câmeras e células solares concentrando a luz nas áreas mais sensíveis dos dispositivos. Por exemplo, eles são amplamente usados ​​nas câmeras de smartphones mais recentes para aumentar a sensibilidade e a velocidade de imagem em condições de pouca luz.

"Nossa abordagem de fabricação simplifica a produção de lentes, permitindo mais variedade no design e mais flexibilidade nos ambientes onde as microlentes podem ser usadas, "disse o líder da equipe de pesquisa Martí Duocastella." Além de aplicações completamente novas, este método pode levar a novas câmeras que adquirem vídeo em condições de pouca luz, células solares com eficiência aprimorada e microscópios que são melhores na captura de processos rápidos. "

Catapultando com luz

Embora a micro-óptica esteja disponível comercialmente, eles podem ser proibitivamente caros e difíceis de adicionar aos dispositivos existentes. Mesmo com métodos tradicionais de fabricação de microlentes, como fotolitografia, é difícil integrar lentes ou fazer arranjos de microlentes muito densamente compactados.

Os pesquisadores desenvolveram catapultas para superar essas limitações. O método usa um pulso de laser para remover e catapultar um microdisco de um filme polimérico fino e soltá-lo em uma região definida de interesse. O polímero no microdisco é então aquecido para que possa refluir termicamente, permitindo que as forças capilares - as mesmas que tornam as gotas de água esféricas - moldem o microdisco em uma lente redonda. Mudar a forma do feixe de laser permite a fabricação de microlentes com diferentes propriedades ou formas de foco, como retangular, triangular ou circular.

"A catapulta a laser conecta os pontos entre os métodos de fabricação baseados em laser existentes para resolver problemas com as estratégias atuais de fabricação de microlentes, "disse Duocastella." Ele preenche a lacuna entre o número crescente de aplicações que requerem microlentes e as tecnologias capazes de gerar micro-ópticas personalizadas sob demanda. "

Depois de estudar a relação entre a forma do feixe de laser e os microdiscos resultantes, os pesquisadores exploraram a reprodutibilidade, precisão e exatidão de sua técnica. A análise mostrou que o método poderia ser usado para produzir microlentes de forma reprodutível com raios entre 50 e 250 mícrons e suavidade muito alta. Medir as propriedades ópticas das microlentes e as capacidades de coleta de luz de matrizes de microlentes feitas com a técnica mostrou que essas micro-ópticas exibiam desempenho limitado por difração, o que significa que eles eram tão bons quanto a teoria permite.

Os pesquisadores dizem que a catapulta a laser pode ser combinada com métodos rápidos de modelagem de feixe de laser para o controle instantâneo do desempenho óptico e da forma de microlentes individuais dentro de uma matriz.

Capturando processos biológicos rápidos

Os pesquisadores planejam usar catapulta a laser para fabricar microlentes em cima de matrizes fotodetectoras para que possam desenvolver um sistema de microscopia 3D de alta velocidade para caracterizar processos biológicos muito rápidos, como comunicações neuronais ou tráfico de vírus. As microlentes aumentarão a eficiência de coleta de luz dos fotodetectores e, assim, diminuirão o tempo de imagem.

"Esses novos conjuntos de fotodetectores oferecem vantagens importantes em comparação com a microscopia confocal, mas não conseguem coletar tanta luz quanto os detectores de ponto único tradicionais, "disse Duocastella." Acreditamos que as microlentes, e catapulta a laser em particular, ajudará a melhorar o desempenho dessas matrizes fotodetectoras e expandir seu uso entre a comunidade de microscopia. "