Los investigadores han desarrollado una nueva forma de aplicar revestimientos antirreflectantes (AR) a sistemas de múltiples lentes impresos en 3D tan pequeños como 600 micrones de diámetro. Debido a que estos recubrimientos ayudan a minimizar las pérdidas de luz debido a la reflexión, son fundamentales para fabricar sistemas impresos en 3D de alta calidad que constan de múltiples microlentes.

"Nuestro nuevo método beneficiará a cualquier sistema óptico complejo impreso en 3D que utilice múltiples lentes", dijo el líder del equipo de investigación, Harald Giessen, de la Universidad de Stuttgart en Alemania. "Sin embargo, es especialmente útil para aplicaciones como los endoscopios de fibra en miniatura, que requieren una óptica de alta calidad y se utilizan para obtener imágenes en condiciones de iluminación menos que ideales".

Las lentes grandes como las que se usan en una cámara se recubren antes de ensamblarlas en un dispositivo. Sin embargo, para lentes impresas en 3D de menos de 1 milímetro de ancho, no se pueden usar técnicas de recubrimiento convencionales como la pulverización catódica. Esto se debe a que todo el sistema de lentes generalmente se imprime en un solo paso que forma aberturas huecas y muescas difíciles de alcanzar.

En la revista Optical Materials Express , los investigadores describen su nueva técnica de deposición térmica de capas atómicas (ALD) a baja temperatura que es compatible con materiales poliméricos impresos en 3D. Puede usarse para recubrir simultáneamente todas las superficies de lentes de un sistema complejo incluso si la estructura tiene partes huecas y socavaduras. El nuevo enfoque también podría usarse para crear otros sistemas de película delgada, como filtros cromáticos, directamente en microópticas impresas en 3D.

"Aplicamos ALD a la fabricación de recubrimientos antirreflectantes para microópticas complejas impresas en 3D por primera vez", dijo Simon Ristok, primer autor del artículo. "Este enfoque podría usarse para fabricar nuevos tipos de dispositivos endoscópicos extremadamente delgados que podrían permitir formas novedosas de diagnosticar, y tal vez incluso tratar, enfermedades. También podría usarse para fabricar sistemas de sensores en miniatura para vehículos autónomos o ópticas en miniatura de alta calidad para dispositivos de realidad virtual/aumentada, como gafas".

Deshacerse del reflejo

En un sistema óptico, se pierde una pequeña cantidad de luz en cada interfaz lente-aire debido a la reflexión. Si un sistema combina múltiples lentes, los recubrimientos antirreflectantes se vuelven esenciales porque estas pérdidas se sumarán. Los reflejos también pueden disminuir la calidad de imagen de un sistema de lentes.

"Llevamos varios años trabajando en microópticas impresas en 3D y siempre nos esforzamos por mejorar y optimizar nuestro proceso de fabricación", dijo Giessen. "Era el siguiente paso lógico agregar recubrimientos AR a nuestros sistemas ópticos para mejorar la calidad de imagen de los sistemas de lentes complejos".

Aunque ALD se puede usar para aplicar recubrimientos AR, generalmente requiere altas temperaturas que derretirían los materiales utilizados para imprimir sistemas microópticos complejos en 3D. Los lentes impresos en 3D suelen ser estables hasta unos 200 °C, por lo que los investigadores desarrollaron un proceso ALD que funciona a 150 °C.

Durante la ALD, el sistema de lentes impresos en 3D se expone a un gas que contiene los componentes básicos moleculares del revestimiento antirreflectante. Las moléculas de gas pueden moverse libremente hacia las partes huecas de la estructura impresa en 3D para formar una capa delgada homogénea en todas las superficies expuestas de las lentes. Al agregar capas sucesivas y variar el gas precursor, el espesor y las propiedades del material se pueden ajustar para formar secuencias de recubrimientos con índice de refracción alto y bajo u otros diseños de recubrimiento AR.

Evaluación de los revestimientos

Los investigadores caracterizaron sus recubrimientos ALD en muestras impresas en 3D y descubrieron que los recubrimientos reducían la reflectividad de banda ancha de los sustratos planos en longitudes de onda visibles por debajo del 1 %. También probaron la técnica de recubrimiento ALD con un sistema de imágenes de doble lente impreso en 3D que tenía solo 600 micrones de ancho.

"Para imprimir el sistema de doble lente, utilizamos un sistema de microfabricación Nanoscribe Quantum X que permite una suavidad de superficie sin precedentes para lentes impresas en 3D", dijo Ristok. "Demostramos que nuestros recubrimientos ALD redujeron significativamente la reflectividad y, por el contrario, mejoraron la transmisión para este sistema de múltiples lentes".

Los investigadores planean utilizar su enfoque ALD para crear diseños de revestimiento avanzados con más capas, lo que puede reducir aún más las pérdidas por reflexión para longitudes de onda específicas. Dicen que tanto la impresión 3D de microóptica como la deposición ALD de recubrimientos AR son adecuadas para la creación rápida de prototipos o la producción en series pequeñas y que reducir el tiempo de procesamiento podría hacer que ambos enfoques sean adecuados para la producción a mayor escala. También están abiertos a colaborar con investigadores que deseen incorporar recubrimientos AR en sus sistemas ópticos impresos en 3D. + Explora más

Los investigadores imprimen microópticas complejas en 3D con un rendimiento de imagen mejorado