Pesquisadores desenvolveram uma nova maneira de aplicar revestimentos antirreflexo (AR) em sistemas multi-lentes impressos em 3D tão pequenos quanto 600 mícrons de diâmetro. Como esses revestimentos ajudam a minimizar as perdas de luz devido à reflexão, eles são essenciais para a fabricação de sistemas impressos em 3D de alta qualidade que consistem em várias microlentes.
"Nosso novo método beneficiará qualquer sistema óptico complexo impresso em 3D que use várias lentes", disse o líder da equipe de pesquisa Harald Giessen, da Universidade de Stuttgart, na Alemanha. "No entanto, é especialmente útil para aplicações como endoscópios de fibra em miniatura, que exigem ótica de alta qualidade e são usados ​​para imagens em condições de iluminação abaixo do ideal".

Lentes grandes, como as usadas em uma câmera, são revestidas antes de serem montadas em um dispositivo. No entanto, para lentes impressas em 3D com menos de 1 milímetro de largura, as técnicas convencionais de revestimento, como sputtering, não podem ser usadas. Isso ocorre porque todo o sistema de lentes é normalmente impresso em uma única etapa que forma aberturas ocas e rebaixos de difícil acesso.

Na revista Optical Materials Express , os pesquisadores descrevem sua nova técnica de deposição de camada atômica térmica de baixa temperatura (ALD) que é compatível com materiais poliméricos impressos em 3D. Ele pode ser usado para revestir simultaneamente todas as superfícies das lentes de um sistema complexo, mesmo que a estrutura tenha partes ocas e rebaixos. A nova abordagem também pode ser usada para criar outros sistemas de filmes finos, como filtros cromáticos, diretamente em micro-ópticas impressas em 3D.

“Aplicamos o ALD na fabricação de revestimentos antirreflexo para micro-ópticas complexas impressas em 3D pela primeira vez”, disse Simon Ristok, primeiro autor do artigo. "Esta abordagem pode ser usada para fazer novos tipos de dispositivos endoscópicos extremamente finos que podem permitir novas maneiras de diagnosticar - e talvez até tratar - doenças. Também pode ser usado para fazer sistemas de sensores em miniatura para veículos autônomos ou óticas em miniatura de alta qualidade para dispositivos de realidade aumentada/virtual, como óculos de proteção."

Livrar-se da reflexão

Em um sistema óptico, uma pequena quantidade de luz é perdida em cada interface lente-ar devido à reflexão. Se um sistema combina várias lentes, os revestimentos antirreflexo tornam-se essenciais porque essas perdas se somam. Os reflexos também podem diminuir a qualidade da imagem de um sistema de lentes.

"Trabalhamos em micro-óptica impressa em 3D há vários anos e sempre nos esforçamos para melhorar e otimizar nosso processo de fabricação", disse Giessen. "Foi um próximo passo lógico adicionar revestimentos AR aos nossos sistemas ópticos para melhorar a qualidade da imagem de sistemas complexos de lentes".

Embora o ALD possa ser usado para aplicar revestimentos AR, normalmente requer altas temperaturas que derreteriam os materiais usados ​​para imprimir em 3D sistemas micro-óticos complexos. As lentes impressas em 3D são normalmente estáveis ​​até cerca de 200°C, então os pesquisadores desenvolveram um processo ALD que funciona a 150°C.

Durante o ALD, o sistema de lentes impressas em 3D é exposto a um gás que contém os blocos de construção moleculares do revestimento antirreflexo. As moléculas de gás podem se mover livremente nas partes ocas da estrutura impressa em 3D para formar uma camada fina homogênea em todas as superfícies expostas das lentes. Ao adicionar camadas sucessivas e variar o gás precursor, a espessura e as propriedades do material podem ser ajustadas para formar sequências de revestimentos de alto e baixo índice de refração ou outros projetos de revestimento AR.

Avaliando os revestimentos

Os pesquisadores caracterizaram seus revestimentos ALD em amostras impressas em 3D e descobriram que os revestimentos diminuíram a refletividade de banda larga de substratos planos em comprimentos de onda visíveis para menos de 1%. Eles também testaram a técnica de revestimento ALD com um sistema de imagem de lente dupla impresso em 3D com apenas 600 mícrons de largura.

“Para imprimir o sistema de lente dupla, usamos um sistema de microfabricação Nanoscribe Quantum X que permite uma suavidade de superfície sem precedentes para lentes impressas em 3D”, disse Ristok. "Mostramos que nossos revestimentos ALD reduziram significativamente a refletividade e, inversamente, melhoraram a transmissão para este sistema de múltiplas lentes."

Os pesquisadores planejam usar sua abordagem ALD para criar designs de revestimento avançados com mais camadas, o que pode diminuir ainda mais as perdas de reflexão para comprimentos de onda específicos. Eles dizem que tanto a impressão 3D de micro-óptica quanto a deposição ALD de revestimentos AR são adequadas para prototipagem rápida ou produção em pequenas séries e que a redução do tempo de processamento pode tornar as duas abordagens adequadas para produção em maior escala. Eles também estão abertos a colaborar com pesquisadores que gostariam de incorporar revestimentos AR em seus sistemas ópticos impressos em 3D. + Explorar mais

Pesquisadores imprimem em 3D micro-ópticas complexas com melhor desempenho de imagem