Un nombre croissant d'applications, y compris les caméras des smartphones, dépendent des microlentilles pour augmenter les performances. Une technologie nouvellement développée, appelé catapultage laser, pourrait rendre beaucoup plus facile et moins coûteux la fabrication de ces lentilles miniaturisées aux propriétés personnalisées, comme la forme ou la puissance de focalisation.
Dans la revue The Optical Society (OSA) Matériaux optiques Express , des chercheurs de l'Istituto Italiano di Tecnologia en Italie décrivent leur nouvelle méthode laser additive pour créer des microlentilles à l'aide d'une seule impulsion laser. La technologie permet même de fabriquer des microlentilles et des matrices de microlentilles directement sur des caméras ou des cellules solaires.
Les microlentilles améliorent les performances des caméras et des cellules solaires en concentrant la lumière dans les zones les plus sensibles des appareils. Par exemple, ils sont largement utilisés dans les appareils photo pour smartphones les plus récents pour augmenter la sensibilité et la vitesse d'imagerie dans des conditions de faible luminosité.
"Notre approche de fabrication simplifie la production de lentilles tout en permettant plus de variété dans la conception et plus de flexibilité dans les environnements où les microlentilles peuvent être utilisées, " a déclaré le chef de l'équipe de recherche Martí Duocastella. " En plus des applications entièrement nouvelles, cette méthode pourrait conduire à de nouvelles caméras qui acquièrent des vidéos dans des conditions de faible luminosité, des cellules solaires avec une efficacité améliorée et des microscopes qui capturent mieux les processus rapides."
Catapulter avec la lumière
Bien que la micro-optique soit disponible dans le commerce, ils peuvent être prohibitifs et difficiles à ajouter aux appareils existants. Même avec les méthodes traditionnelles de fabrication de microlentilles telles que la photolithographie, il est difficile d'intégrer des lentilles ou de réaliser des réseaux de microlentilles très denses.
Les chercheurs ont développé le catapultage pour surmonter ces limitations. La méthode utilise une impulsion laser pour retirer et catapulter un microdisque d'un film polymère mince et le déposer sur une région d'intérêt définie. Le polymère dans le microdisque est ensuite chauffé afin qu'il puisse refondre thermiquement, permettant aux forces capillaires - les mêmes qui rendent les gouttelettes d'eau sphériques - de façonner le microdisque en une lentille ronde. La modification de la forme du faisceau laser permet la fabrication de microlentilles avec différentes propriétés ou formes de focalisation, comme rectangulaire, triangulaire ou circulaire.
"La catapulte laser relie les points entre les méthodes de fabrication existantes à base de laser pour résoudre les problèmes avec les stratégies actuelles de fabrication de microlentilles, " a déclaré Duocastella. " Il comble le fossé entre le nombre croissant d'applications nécessitant des microlentilles et les technologies capables de générer des micro-optiques personnalisées à la demande. "
Après avoir étudié la relation entre la forme du faisceau laser et les microdisques résultants, les chercheurs ont exploré la reproductibilité, la précision et l'exactitude de leur technique. Leur analyse a montré que la méthode pouvait être utilisée pour produire de manière reproductible des microlentilles avec des rayons compris entre 50 et 250 microns et un lissé très élevé. La mesure des propriétés optiques des microlentilles et des capacités de collecte de lumière des réseaux de microlentilles fabriqués avec la technique a montré que ces micro-optiques présentaient des performances limitées par la diffraction, ce qui signifie qu'ils étaient aussi bons que la théorie le permet.
Les chercheurs affirment que la catapulte laser pourrait être combinée à des méthodes de mise en forme rapide du faisceau laser pour un contrôle à la volée des performances optiques et de la forme des microlentilles individuelles au sein d'un réseau.
Capturer des processus biologiques rapides
Les chercheurs prévoient d'utiliser la catapulte laser pour fabriquer des microlentilles sur des matrices de photodétecteurs afin de pouvoir développer un système de microscopie 3D à grande vitesse pour caractériser des processus biologiques très rapides, comme les communications neuronales ou le trafic de virus. Les microlentilles augmenteront l'efficacité de collecte de lumière des photodétecteurs et réduiront ainsi le temps d'imagerie.
« Ces nouvelles matrices de photodétecteurs offrent des avantages importants par rapport à la microscopie confocale, mais ne peuvent pas collecter autant de lumière que les détecteurs ponctuels traditionnels, " a déclaré Duocastella. "Nous pensons que les microlentilles, et catapultage laser en particulier, contribuera à améliorer les performances de ces matrices de photodétecteurs et à étendre leur utilisation au sein de la communauté de la microscopie."
