研究人员开发出一种开创性的方法，利用标准半导体制造技术生产菲涅尔透镜-薄如纸的光学透镜。这些透镜虽然目前的效率较低，但由于具有批量生产和特定应用设计的潜力，有望彻底改变从天文学到消费电子等行业的现状。
最终的单色透镜是在平板上开发出来的，在放入更大的电路之前，它类似于硅芯片。 图片来源：©2024 Konishi et al.
薄如纸片的光学透镜非常简单，可以使用微芯片制造方法进行大规模生产，这将为新一代紧凑型光学设备的诞生铺平道路。 东京大学和 JSR 公司的研究人员利用普通半导体制造设备，特别是 i-line步进机，制造并测试了被称为菲涅尔区板（FZP）的平面透镜。 这是首次使用这种方法制造出这种透镜。 虽然这些平面透镜目前还不具备传统透镜的效率，但它们具有巨大的潜力，可为天文学、医疗保健和消费电子等行业的光学技术带来变革。
虽然金属透镜等平面透镜已经存在，但它们价格昂贵、结构复杂、供应有限。 制造商出于对更高质量、更高性能和更低成本的需求，正在学术研究人员的帮助下探索替代技术。 FZP 已成为一种很有前景的解决方案，尤其是在空间有限的应用领域。 研究人员首次利用标准工业设备，通过简单高效的工艺成功生产出了样品透镜。
工业标准光学精度测试显示了 FZP 测试镜片的分辨率。 白色刻度线为 5 微米。 图片来源：©2024 Konishi et al.
光子科学与技术研究所的 Kuniaki Konishi 副教授说："我们开发出了一种使用普通半导体光刻系统或步进机生产 FZPs 的简单且可大规模生产的方法。这要归功于一种特殊的光刻胶或掩膜--彩色光刻胶，这种光刻胶最初是设计用于彩色滤光片的。 通过对这种材料进行简单的涂层、曝光和显影，我们生产出了能够将可见光聚焦到仅 1.1 微米的透镜，比人的头发还要细约 100 倍。"
目前，新型 FZPs 的缺点是聚光效率只有 7%，这意味着它们产生的图像噪点过多。 不过，研究小组已经在研究如何通过改变使用彩色抗蚀剂的方式，将聚光效率提高四倍。 不过，这需要对彩色阻焊剂的物理性质进行更大程度的控制，而研究人员在进行这项研究时还无法做到这一点，尽管他们确实有能力做到这一点。
研究人员的方法所基于的平版印刷过程有点像冲洗数码化学照片之前的过程。 图片来源：©2024 Konishi et al.
"除了高效制造 FZPs 之外，我们还设计了模拟，经证实与我们的实验非常吻合。 这意味着，在投入生产之前，我们可以根据不同领域（如医学）的具体应用进行定制设计。此外，我们还设想了环境和经济效益，因为与传统制造方法不同，FZP 生产过程无需使用有毒的蚀刻化学品，并能显著降低能耗。"
因此，FZP 帮助你用超薄智能手机捕捉高视觉保真度的瞬间可能还需要一段时间，但这种技术或受其启发的技术可能很快就会出现。
编译自/scitechdaily
