研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種方法，通過(guò)塑造可固化液體聚合物的體積來(lái)制造自由形狀的光學(xué)元件。這種新方法有望為各種應(yīng)用實(shí)現(xiàn)更快的定制光學(xué)元件原型制作，包括矯正鏡片、增強(qiáng)和虛擬現(xiàn)實(shí)、自動(dòng)駕駛汽車、醫(yī)療成像和天文學(xué)。

眼鏡或相機(jī)等普通設(shè)備依賴于鏡片--具有球形或圓柱形表面或略微偏離這些形狀的光學(xué)元件。然而，更*的光學(xué)功能可以從具有復(fù)雜地形的表面獲得。目前，由于機(jī)械加工和拋光表面所需的專業(yè)設(shè)備，制造這種自由形狀的光學(xué)元件是非常困難和昂貴的。

來(lái)自以色列理工學(xué)院的研究小組負(fù)責(zé)人Moran Bercovici說(shuō)：“我們制造自由形態(tài)光學(xué)器件的方法實(shí)現(xiàn)了極其光滑的表面，并且可以使用在大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室都可以找到的基本設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。這使得該技術(shù)非常容易獲得，即使是在缺少資源的環(huán)境下。”

在Optica出版集團(tuán)的高影響力研究雜志《Optica》上，Bercovici及其同事展示了他們的新技術(shù)可用于在短短幾分鐘內(nèi)制造出具有亞納米表面粗糙度的自由形態(tài)部件。與其他原型制作方法（如3D打印）不同，即使制造的部件體積增加，制造時(shí)間仍然很短。

論文作者之一Omer Luria說(shuō)：“目前，光學(xué)工程師為專門設(shè)計(jì)的自由形態(tài)部件支付了數(shù)萬(wàn)美元，并等待數(shù)月后才到達(dá)。我們的技術(shù)準(zhǔn)備從根本上減少?gòu)?fù)雜光學(xué)原型的等待時(shí)間和成本，這可以大大加快新光學(xué)設(shè)計(jì)的開發(fā)。”

從眼鏡到復(fù)雜的光學(xué)器件

研究人員在了解到有25億人沒(méi)有機(jī)會(huì)獲得矯正眼鏡后，決定開發(fā)這種新方法。 Valeri Frumkin說(shuō)：“我們著手尋找一種制造高質(zhì)量光學(xué)元件的簡(jiǎn)單方法，這種方法不依賴機(jī)械加工或復(fù)雜而昂貴的基礎(chǔ)設(shè)施，”他首先在Bercovici的實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了這種方法。“我們隨后發(fā)現(xiàn)，我們可以擴(kuò)大我們的方法，以產(chǎn)生更復(fù)雜和有趣的光學(xué)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。”

通過(guò)固化液體聚合物制造光學(xué)器件的主要挑戰(zhàn)之一是，對(duì)于大于約2毫米的光學(xué)器件，重力比表面力占主導(dǎo)地位，這導(dǎo)致液體變平成為一個(gè)水坑。為了克服這個(gè)問(wèn)題，研究人員開發(fā)了一種使用浸沒(méi)在另一種液體中的液體聚合物制造鏡片的方法。浮力抵消了重力，使表面張力占主導(dǎo)地位。

隨后研究人員可以通過(guò)控制透鏡液體的表面形貌來(lái)制造出光滑的光學(xué)表面。這需要將透鏡液體注入一個(gè)支持性框架，使透鏡液體浸潤(rùn)框架的內(nèi)部，然后放松到一個(gè)穩(wěn)定的配置。一旦達(dá)到所需的形貌，就可以通過(guò)紫外線照射或其他方法使鏡片液體凝固，以完成制造過(guò)程。

在使用液體制造方法制造簡(jiǎn)單的球形透鏡后，研究人員擴(kuò)展到具有各種幾何形狀的光學(xué)元件--以及高達(dá)200毫米的尺寸。他們表明，由此產(chǎn)生的透鏡表現(xiàn)出與現(xiàn)有拋光技術(shù)相似的表面質(zhì)量，同時(shí)在數(shù)量級(jí)上更快，制作更簡(jiǎn)單。在《Optica》上發(fā)表的工作中，他們進(jìn)一步擴(kuò)展了該方法，通過(guò)修改支持性框架的形狀，創(chuàng)造出自由形狀的表面。

無(wú)限的可能性

論文的主要作者M(jìn)or Elgarisi說(shuō)：“我們確定了一個(gè)無(wú)限的可能的光學(xué)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以用我們的方法來(lái)制造。該方法可用于制造任何尺寸的部件，而且由于液體表面是自然光滑的，因此不需要進(jìn)行拋光。該方法也與任何可凝固的液體兼容，并具有不產(chǎn)生任何廢物的優(yōu)勢(shì)。”

研究人員現(xiàn)在正在努力使制造過(guò)程自動(dòng)化，以便能夠以精確和可重復(fù)的方式制造各種光學(xué)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。他們還在對(duì)各種光學(xué)聚合物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以找出哪種聚合物能產(chǎn)生光學(xué)元件。