Les chercheurs ont développé une nouvelle façon d'appliquer des revêtements antireflets (AR) à des systèmes multi-lentilles imprimés en 3D aussi petits que 600 microns de diamètre. Parce que ces revêtements aident à minimiser les pertes de lumière dues à la réflexion, ils sont essentiels pour fabriquer des systèmes imprimés en 3D de haute qualité composés de plusieurs microlentilles.

"Notre nouvelle méthode bénéficiera à tout système optique complexe imprimé en 3D qui utilise plusieurs lentilles", a déclaré le chef de l'équipe de recherche Harald Giessen de l'Université de Stuttgart en Allemagne. "Cependant, il est particulièrement utile pour des applications telles que les endoscopes à fibre miniatures, qui nécessitent des optiques de haute qualité et sont utilisés pour l'imagerie dans des conditions d'éclairage moins qu'idéales."

Les grands objectifs comme ceux utilisés dans un appareil photo sont revêtus avant d'être assemblés dans un appareil. Cependant, pour les lentilles imprimées en 3D de moins de 1 millimètre de large, les techniques de revêtement conventionnelles telles que la pulvérisation cathodique ne peuvent pas être utilisées. En effet, l'ensemble du système de lentilles est généralement imprimé en une seule étape qui forme des ouvertures creuses et des contre-dépouilles difficiles d'accès.

Dans la revue Optical Materials Express , les chercheurs décrivent leur nouvelle technique de dépôt de couche atomique thermique (ALD) à basse température compatible avec les matériaux polymères imprimés en 3D. Il peut être utilisé pour revêtir simultanément toutes les surfaces des lentilles d'un système complexe même si la structure comporte des parties creuses et des contre-dépouilles. La nouvelle approche pourrait également être utilisée pour créer d'autres systèmes à couches minces, tels que des filtres chromatiques, directement dans des micro-optiques imprimées en 3D.

"Nous avons appliqué pour la première fois ALD à la fabrication de revêtements antireflets pour des micro-optiques complexes imprimées en 3D", a déclaré Simon Ristok, premier auteur de l'article. « Cette approche pourrait être utilisée pour fabriquer de nouveaux types de dispositifs endoscopiques extrêmement fins qui pourraient permettre de nouvelles façons de diagnostiquer – et peut-être même de traiter – la maladie. Elle pourrait également être utilisée pour fabriquer des systèmes de capteurs miniatures pour les véhicules autonomes ou des optiques miniatures de haute qualité pour dispositifs de réalité augmentée/virtuelle tels que des lunettes."

Se débarrasser de la réflexion

Dans un système optique, une petite quantité de lumière est perdue à chaque interface lentille-air en raison de la réflexion. Si un système combine plusieurs lentilles, les revêtements antireflets deviennent indispensables car ces pertes vont s'additionner. Les reflets peuvent également diminuer la qualité d'image d'un système d'objectif.

"Nous travaillons sur des micro-optiques imprimées en 3D depuis plusieurs années et nous nous efforçons toujours d'améliorer et d'optimiser notre processus de fabrication", a déclaré Giessen. "C'était la prochaine étape logique d'ajouter des revêtements AR à nos systèmes optiques pour améliorer la qualité d'image des systèmes de lentilles complexes."

Bien que l'ALD puisse être utilisé pour appliquer des revêtements AR, il nécessite généralement des températures élevées qui feraient fondre les matériaux utilisés pour imprimer en 3D des systèmes micro-optiques complexes. Les lentilles imprimées en 3D sont généralement stables jusqu'à environ 200 °C. Les chercheurs ont donc développé un procédé ALD qui fonctionne à 150 °C.

Pendant l'ALD, le système de lentilles imprimées en 3D est exposé à un gaz qui contient les blocs de construction moléculaires du revêtement antireflet. Les molécules de gaz peuvent se déplacer librement dans les parties creuses de la structure imprimée en 3D pour former une fine couche homogène sur toutes les surfaces exposées de la lentille. En ajoutant des couches successives et en faisant varier le gaz précurseur, l'épaisseur et les propriétés du matériau peuvent être ajustées pour former des séquences de revêtements à indice de réfraction élevé et faible ou d'autres conceptions de revêtement AR.

Évaluer les revêtements

Les chercheurs ont caractérisé leurs revêtements ALD sur des échantillons imprimés en 3D et ont découvert que les revêtements réduisaient la réflectivité à large bande des substrats plats dans les longueurs d'onde visibles à moins de 1 %. Ils ont également testé la technique de revêtement ALD avec un système d'imagerie à double lentille imprimé en 3D d'une largeur de seulement 600 microns.

« Pour imprimer le système à double lentille, nous avons utilisé un système de microfabrication Nanoscribe Quantum X qui permet un lissé de surface sans précédent pour les lentilles imprimées en 3D », a déclaré Ristok. "Nous avons montré que nos revêtements ALD réduisaient considérablement la réflectivité et, inversement, amélioraient la transmission pour ce système multi-lentilles."

Les chercheurs prévoient d'utiliser leur approche ALD pour créer des conceptions de revêtement avancées avec plus de couches, ce qui peut réduire encore plus les pertes de réflexion pour des longueurs d'onde spécifiques. Ils disent que l'impression 3D de micro-optiques et le dépôt ALD de revêtements AR sont bien adaptés au prototypage rapide ou à la production en petite série et que la réduction du temps de traitement pourrait rendre les deux approches adaptées à une production à plus grande échelle. Ils sont également ouverts à la collaboration avec des chercheurs qui souhaitent incorporer des revêtements AR dans leurs systèmes optiques imprimés en 3D. + Explorer plus loin

Les chercheurs impriment en 3D des micro-optiques complexes avec des performances d'imagerie améliorées