中国科学院物理化学研究所はナノ3Dプリント技術を使って超マイクロレンズを作製している。

Antarctic Bearは最近、中国科学院物理化学研究所バイオニック知能界面科学センター有機ナノフォトニクス研究所の研究チームが光学ジャーナルLaser & Photonics Reviewに論文[Laser & Photonics Review.10 (4), 665-672 (2016), 光周波数における3次元リューネブルグレンズ]を発表したことを知りました。博士課程学生の趙元元氏が本論文の第一著者であり、准研究員の鄭美玲氏と研究員の段玄明氏が共同責任著者である。

この論文は、ナノスケールの 3D 印刷技術、つまり超回折多光子直接書き込み技術を使用して、人間の髪の毛の直径の 1/2 に相当するサイズのポリマー 3 次元リューネベルグレンズデバイスを作成する先駆的な研究です。真の 3 次元リューネベルグレンズの動作帯域がマイクロ波から光帯域に初めて拡張され、マクロなマイクロ波領域から光領域までの 3 次元リューネベルグレンズの研究が確実に前進しました。この研究成果は、マイクロ光学および変換光学の発展をさらに促進し、マイクロナノデバイスの分野におけるナノスケール 3D 印刷技術の新たな応用を開拓することになります。この論文は、Laser & Photonics Review、第10巻、第4号、2016年の表紙記事に選ばれました。

近年、光学分野は一連の新たな成果によって世界的な注目を集めていますが、その一つが急速に発展している屈折率分布型光学です。勾配屈折率光学の研究対象は、屈折率が均一でない媒体における光学現象です。不均質媒体で発生する光学現象は、自然界に遍在する客観的な物理現象です。西暦 100 年頃にはすでに、人々は「蜃気楼」や「砂漠の泉」などの不思議な現象を観察していましたが、これらはすべて、大気の屈折率の局所的な不均一な変化によって地上の景色が屈折することによって発生していました。これらの自然現象の観察と研究を通じて、人々は物質の屈折率の不均一性が均質な媒体にはないいくつかの光学特性をもたらす可能性があることに徐々に気づきました。 1944年、RKリューネブルクは、屈折率が中心位置?2から1まで放射状に徐々に減少する球面対称の屈折率勾配分布n（r）= [2-（r / R）2]1 / 2を持つ球面レンズモデルを提案しました。リューネブルクレンズに入射する平行光は、収差なしで球面上の点に焦点を合わせることができます。したがって、リューネブルクレンズは、収差のない理想的な結像または理想的な焦点合わせを実現できます。しかし、従来の球面レンズでは、収差が存在するため、光の理想的な焦点合わせが実現できません。

屈折率勾配型（GRIN）材料を用いたリューネブルグレンズに関する研究成果は国内外で報告されているが、解決すべき課題は未だ多く残されている。現在報告されているマイクロナノ構造勾配屈折率光学に基づくリューネブルグレンズに関する研究と実験は、主に 2 次元または準 3 次元 (円筒対称) 構造に集中しており、その応用可能性は十分に開発されていません。点光源は球面波を発するため、真に理想的な結像を実現し、ルーネベルグレンズの広視野機能を真に活用するためには、光帯域内に真の３次元ルーネベルグレンズを設計・作製し、その理想的な結像機能を研究することが極めて重要です。しかし、現在報告されているGRIN光学リューネブルグレンズ作製技術は、主に電子ビームリソグラフィーやイオンビームエッチングなどの標準的な平面デバイス加工技術に基づいており、光帯域内で真に3次元の屈折率勾配デバイスを作製することは困難です。

多光子レーザー直接描画加工技術は、低コスト、高速、高精度の3Dマイクロナノ構造作製技術であり、光回折限界の限界を打ち破り、光反応領域を光スポット焦点の中心の非常に小さな3次元空間（〜l3）に限定し、任意の複雑な3Dマイクロナノ光子構造の加工を実現します。マイクロナノ光子の構造サイズが波長よりもはるかに小さい場合、つまりメタマテリアル領域では、フォトニック構造は一定の屈折率を持つ等価媒体とみなすことができます。マイクロナノ構造内のさまざまな位置でデューティサイクルまたは周期の長さを調整することにより、複雑な GRIN 媒体を得ることができます。 2010年、ウェグナーの研究グループは、レーザー直接描画により、ポリマー構造上に波長範囲1.5〜2.6 mmの準3次元の不可視カーペット構造を実現しました。この研究に触発され、物理化学研究所の研究チームは、フェムト秒レーザー直接描画を使用して、勾配誘電メタマテリアルに基づく3次元光学バンドルーネンベルグレンズを設計および処理しました。COMSOLシミュレーションの結果は、その動作帯域（> 6 mm）が中赤外線帯域にあることを示しています。これを基に、関連する実験検証作業が実施されました。ドイツの Neaspec 社の近接場光学顕微鏡 (SNOM) を使用して、平面波入射時の 3 次元リューネブルクレンズの集束特性を特性評価しました。測定された光場強度分布は、半値全幅 (FWHM) が 1/2 のスポット形態を示し、リューネブルクレンズが理想的な 3 次元集束性能を備えていることが確認されました。

研究チームは、多光子レーザー直接描画加工技術を基盤として、近年、高解像度3Dハイドロゲル構造（J. Mater. Chem. B2, 4318-4323, 2014; 3,8486-8491, 2015）、キラル相補メタマテリアル（Appl. Phys. Lett. 104, 011108, 2014）、高透過率整列金属グリッド透明電極構造（Appl. Phys. Lett. 108, 221104, 2016）など、一連の研究成果を達成し、Chem. Soc. Rev.にレビュー記事の執筆を依頼されました（Chem. Soc. Rev. 44, 5031-5039, 2015）。関連の研究活動は、科学技術部のナノテクノロジー重点研究計画（「973」計画）、国立自然科学財団の重点研究計画重点基金プロジェクト、および国立自然科学一般基金プロジェクトによって強力に支援されてきました。

さらに読む:
「上海交通大学の科学者が3Dプリントを使って細菌運動マイクロポンプを開発」
「中国科学院物理化学研究所は液体金属と3Dプリントを利用して超小型車両を製造している」

出典：中国科学院物理化学研究所

中国科学院物理化学研究所はナノ3Dプリント技術を使って超マイクロレンズを作製している。

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