光学系统的设计需要平衡系统成本和复杂性、尺寸和重量，以及满足性能和寿命要求。光学制造新方法的不断涌现，提供了更多的光学设计自由度。传统的镜片通常由均匀组成的基体材料制成，光的折射控制由镜片的厚度和表面曲率决定。球面、柱面、非球面和类似的透镜可以用成熟的加工方法制造，如圈抛光和基于CNC(计算机数控)的精加工。此外，还可以制造不含平移或旋转对称的自定义复杂曲率的自由光学，但由于对表面抛光精度的严格要求，其使用仍然受到限制。相对于传统光学产品，梯度折射率（GRIN）光学提供了另一种选择。GRIN光学在材料组成中包含空间梯度，反过来，提供了材料折射率的梯度，从而改变光通过介质的方式。

       近日，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室Rebecca Dylla-Spears等人设计了一种制造渐变折射率玻璃光学元件的增材制造方法。使用直接墨水书写与主动在线微混合器，研究人员打印出三维复合梯度的多材料体，主要包括二氧化硅纳米颗粒和不同浓度的二氧化钛作为指数修正的掺杂剂。然后，这些材料体被整合到玻璃中并抛光，形成具有折射率空间轮廓的光学器件。结果表明，这种方法可以用于实现无表面曲率的各种常规和非常规光学功能的平面玻璃组件。这种方法有望进一步拓展3D打印技术的能力，并制备出新的功能玻璃材料。在光学、传感、封装和微流体系统方面都有潜在的应用。相关研究工作发表在《Science Advances》上。（丁雷）

文章链接：Rebecca Dylla-Spears et al, 3D printed gradient index glass optics. Sci.Adv.2020.DOI: 10.1126/sciadv.abc7429.

消息来源：两江科技评论