تصنيع مكونات بصرية معقدة من السوائل – للنظارات والكاميرات والتلسكوبات
العدسات مصنوعة من تشكيل السوائل

استخدم الباحثون طريقتهم الجديدة لصنع مكونات بصرية بأشكال هندسية مختلفة – بما في ذلك الأشكال الحلقية والورقية – وأحجام تصل إلى 200 ملم بالإضافة إلى الأسطح ذات الشكل الحر. عرضت العدسات صفات سطحية مشابهة لأفضل تقنيات التلميع المتاحة بينما كانت أوامر الحجم أسرع وأسهل في التصنيع. الائتمان: التخنيون – المعهد الإسرائيلي للتكنولوجيا

طريقة غير مكلفة وسريعة لصنع بصريات حرة الشكل يمكن أن تفيد التطبيقات من النظارات إلى التلسكوبات.

طور الباحثون طريقة لإنشاء مكونات بصرية حرة من خلال تشكيل حجم من البوليمر السائل القابل للمعالجة. الطريقة الجديدة مهيأة لتمكين النماذج الأولية الأسرع للمكونات البصرية المخصصة لمجموعة متنوعة من التطبيقات بما في ذلك العدسات التصحيحية والواقع المعزز والافتراضي والمركبات المستقلة والتصوير الطبي وعلم الفلك.

تعتمد الأجهزة الشائعة مثل النظارات أو الكاميرات على العدسات – مكونات بصرية ذات أسطح كروية أو أسطوانية ، أو انحرافات طفيفة عن هذه الأشكال. ومع ذلك ، يمكن الحصول على وظائف بصرية أكثر تقدمًا من الأسطح ذات التضاريس المعقدة. في الوقت الحالي ، يعد تصنيع مثل هذه البصريات ذات الشكل الحر أمرًا صعبًا ومكلفًا للغاية بسبب المعدات المتخصصة المطلوبة للمعالجة الميكانيكية وتلميع أسطحها.

قال رئيس فريق البحث ، موران بيركوفيتشي ، من معهد التخنيون – المعهد الإسرائيلي للتكنولوجيا: “إن نهجنا في صنع البصريات ذات الشكل الحر يحقق أسطحًا ناعمة للغاية ويمكن تنفيذه باستخدام المعدات الأساسية التي يمكن العثور عليها في معظم المعامل”. “هذا يجعل التكنولوجيا في المتناول للغاية ، حتى في البيئات منخفضة الموارد.”

مكونات بصرية حرة

يتم تصنيع المكونات البصرية ذات الشكل الحر مع خشونة سطح نانومترية في غضون دقائق عن طريق تشكيل أحجام السائل. الائتمان: التخنيون – المعهد الإسرائيلي للتكنولوجيا

في بصري، وهي مجلة Optica Publishing Group للأبحاث عالية التأثير ، أوضح Bercovici وزملاؤه أنه يمكن استخدام تقنيتهم ​​الجديدة لتصنيع مكونات حرة مع خشونة سطح تحت نانومتر في دقائق فقط. على عكس طرق النماذج الأخرى مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يظل وقت التصنيع قصيرًا حتى إذا زاد حجم المكون المُصنَّع.

قال عمر لوريا ، أحد المساهمين في الصحيفة: “يدفع مهندسو البصريات حاليًا عشرات الآلاف من الدولارات لمكونات حرة الشكل مصممة خصيصًا وينتظرون شهورًا حتى تصل”. “تستعد تقنيتنا لتقليل وقت الانتظار وتكلفة النماذج الأولية المعقدة بشكل جذري ، مما قد يؤدي إلى تسريع تطوير التصميمات البصرية الجديدة بشكل كبير.”

من النظارات إلى البصريات المعقدة

قرر الباحثون تطوير الطريقة الجديدة بعد أن علموا أن 2.5 مليار شخص حول العالم لا يمكنهم الوصول إلى النظارات التصحيحية. قال فاليري فرومكين ، الذي طور الطريقة لأول مرة في مختبر بيركوفيتشي: “شرعنا في إيجاد طريقة بسيطة لتصنيع مكونات بصرية عالية الجودة لا تعتمد على المعالجة الميكانيكية أو البنية التحتية المعقدة والمكلفة”. “اكتشفنا بعد ذلك أنه يمكننا توسيع طريقتنا لإنتاج طبوغرافيات بصرية أكثر تعقيدًا وإثارة للاهتمام.”

أحد التحديات الأساسية في صنع البصريات عن طريق معالجة البوليمر السائل هو أنه بالنسبة للبصريات التي يزيد حجمها عن 2 مليمتر ، تهيمن الجاذبية على قوى السطح ، مما يتسبب في تسطح السائل في بركة. للتغلب على هذا ، طور الباحثون طريقة لتصنيع العدسات باستخدام بوليمر سائل مغمور في سائل آخر. يتعارض الطفو مع الجاذبية ، مما يسمح للتوتر السطحي بالسيطرة.

مع وجود الجاذبية خارج الصورة ، يمكن للباحثين تصنيع أسطح بصرية ملساء من خلال التحكم في التضاريس السطحية لسائل العدسة. يستلزم ذلك حقن سائل العدسة في إطار داعم بحيث يبلل سائل العدسة داخل الإطار ثم يرتاح في تكوين مستقر. بمجرد تحقيق التضاريس المطلوبة ، يمكن ترسيخ سائل العدسة بالتعرض للأشعة فوق البنفسجية أو طرق أخرى لإكمال عملية التصنيع.

بعد استخدام طريقة التصنيع السائل لصنع عدسات كروية بسيطة ، توسع الباحثون ليشملوا المكونات البصرية ذات الأشكال الهندسية المختلفة – بما في ذلك الأشكال الحلقية والثالثية – وأحجام تصل إلى 200 ملم. لقد أظهروا أن العدسات الناتجة أظهرت صفات سطحية مشابهة لأفضل تقنيات التلميع المتاحة بينما كانت أوامر الحجم أسرع وأسهل في الصنع. في العمل المنشور في بصريقاموا بتوسيع الطريقة لإنشاء أسطح ذات شكل حر ، عن طريق تعديل شكل الإطار الداعم.

إمكانيات غير محدودة

قال مور الجريسي ، المؤلف الرئيسي للورقة: “لقد حددنا مجموعة لا حصر لها من الطبوغرافيا الضوئية المحتملة التي يمكن تصنيعها باستخدام نهجنا”. “يمكن استخدام هذه الطريقة لصنع مكونات من أي حجم ، ولأن الأسطح السائلة ناعمة بشكل طبيعي ، فلا حاجة إلى تلميع. هذا النهج متوافق أيضًا مع أي سائل يمكن تجميده وله ميزة عدم إنتاج أي نفايات “.

يعمل الباحثون الآن على أتمتة عملية التصنيع بحيث يمكن صنع الأشكال الطبوغرافية الضوئية المختلفة بطريقة دقيقة وقابلة للتكرار. كما أنهم يقومون بتجربة العديد من البوليمرات الضوئية لاكتشاف أي منها ينتج أفضل المكونات الضوئية.

المرجع: “تصنيع المكونات البصرية ذات الشكل الحر بواسطة تشكيل فلويديك” بقلم M. Elgarisi ، V. Frumkin ، O. Luria ، M. Bercovici ، 18 نوفمبر 2021 ، بصري.
DOI: 10.1364 / OPTICA.438763

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *