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分光用3D非球面マイクロレンズ

2020/07/15

ワルシャワ大学物理学部の研究者は、Nanoscribeの3Dプリンタを使用して、マイクロメートルサイズの非球面レンズを開発しました。このレンズは、量子ドットや原子レベルで、薄い二次元物質の単一点状発光体での分光測定が可能であり、かさばる顕微鏡対物レンズの代わりに使用することができます。 マイクロレンズを使用することで、レンズ前面と試料表面間の距離である使用可能距離が2桁以上向上し、幅広い光学実験に新たな可能性をもたらします。
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ワルシャワ大学物理学部の国際研究チームは、日本の筑波にある国立物質科学研究所、フランスのグルノーブルにある国立シャンゼティック研究所と共同で、人間の髪の毛の直径の何分の一かという小さな寸法の小さなレンズを設計しました。この3D非球面マイクロレンズは、Nanoscribeの3D微細造形技術を用いて簡単に作り出すことができました。3D形状を持つマイクロレンズは、半導体サンプルから放出される光の抽出量を増加させ、その出射部分を超狭ビームに再形成します。これにより、光学測定を行う際に、実験装置に大型の顕微鏡の対物レンズを入れる必要がありません。またマイクロレンズは、壊れやすいグラフェンのような材料を含む様々な材料の上にも3Dプリントすることが可能です。nanoscribe_news20200715_2_
レンズ小型化のメリット
マイクロレンズは、照明、ディスプレイ、センシング、医療機器など、多くのアプリケーションへの応用を可能にします。レンズの小型化は、容量の小型化、軽量化、製造コストの削減、パッケージングコストの削減などの利点を提供し、新しい光学機能やコンパクトなモジュールやデバイスの実現を可能にします。
非球面マイクロレンズアレイは、量子ドットのような単一でナノメートルサイズの発光体の分光測定に使用されています。通常の測定では、ほぼ手のひらサイズの最大500gと重い対物レンズを、分析対象のサンプルから数ミリの距離で配置します。このため、パルス強磁場、極低温、マイクロ波空洞での測定など、現代の多くの実験では大きな制約があります。これらの問題は、極小軽量である非球面マイクロレンズによって簡単に解決することができます。
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3D微細造形によるマイクロレンズアレイ
Nanoscribeの3D微細造形は、設計の自由度が高く、複数で斬新な光学設計を可能にします。この3Dプリンティング技術により、球面レンズ、非球面レンズ、自由形状レンズなど、あらゆるマイクロレンズの形状を製造することが可能になります。この3Dプリンティング技術あ高速で短時間で数百個のマイクロレンズをサンプルへ印刷製造することが可能です。単一のマイクロレンズ要素は、マイクロレンズアレイの新しい機能性を可能にする規則的でランダムなアレイに配置することができます。

オープンアクセスの論文はこちらをご覧ください。
非球面固体浸漬型マイクロレンズを用いた単一ナノ構造の超長距離分光

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