研究人員開發出一種開創性的方法，利用標準半導體製造技術生產菲涅耳透鏡-薄如紙的光學透鏡。這些透鏡雖然目前的效率較低，但由於具有大量生產和特定應用設計的潛力，有望徹底改變從天文學到消費性電子等行業的現狀。

最終的單色透鏡是在平板上開發出來的，在放入更大的電路之前，它類似於矽晶片。 圖片來源：©2024 Konishi et al.

薄如紙片的光學透鏡非常簡單，可以使用微晶片製造方法進行大規模生產，這將為新一代緊湊型光學設備的誕生鋪平道路。 東京大學和JSR 公司的研究人員利用普通半導體製造設備，特別是i-line步進機，製造並測試了被稱為菲涅爾區板（FZP）的平面透鏡。 這是首次使用這種方法製造出這種透鏡。 雖然這些平面透鏡目前還不具備傳統透鏡的效率，但它們具有巨大的潛力，可為天文學、醫療保健和消費電子等行業的光學技術帶來變革。

雖然金屬透鏡等平面透鏡已經存在，但它們價格昂貴、結構複雜、供應有限。 製造商出於對更高品質、更高性能和更低成本的需求，正在學術研究人員的幫助下探索替代技術。 FZP 已成為一種很有前景的解決方案，尤其是在空間有限的應用領域。 研究人員首次利用標準工業設備，透過簡單且高效的製程成功生產出了樣品透鏡。

工業標準光學精度測試顯示了FZP 測試鏡片的解析度。 白色刻度線為5 微米。 圖片來源：©2024 Konishi et al.

光子科學與技術研究所的Kuniaki Konishi 副教授說：”我們開發了一種使用普通半導體光刻系統或步進機生產FZPs 的簡單且可大規模生產的方法。這要歸功於一種特殊的光刻膠或掩膜–彩色光刻膠，這種光刻膠最初是設計用於彩色濾光片的。 透過對這種材料進行簡單的塗層、曝光和顯影，我們生產出了能夠將可見光聚焦到僅1.1微米的透鏡，比人的頭髮還要細約100 倍。

目前，新型FZPs 的缺點是聚光效率只有7%，這意味著它們產生的影像雜訊太多。 不過，研究團隊已經在研究如何透過改變使用彩色抗蝕劑的方式，將聚光效率提高四倍。 不過，這需要對彩色阻焊劑的物理性質進行更大程度的控制，而研究人員在進行這項研究時還無法做到這一點，儘管他們確實有能力做到這一點。

研究人員的方法所基於的平版印刷過程有點像沖洗數位化學照片之前的過程。 圖片來源：©2024 Konishi et al.

“除了高效製造FZPs 之外，我們還設計了模擬，證實與我們的實驗非常吻合。這意味著，在投入生產之前，我們可以根據不同領域（如醫學）的具體應用進行定制設計。此外，我們也設想了環境和經濟效益，因為與傳統製造方法不同，FZP 生產過程無需使用有毒的蝕刻化學品，並能顯著降低能耗。

因此，FZP 幫助你用超薄智慧型手機捕捉高視覺保真度的瞬間可能還需要一段時間，但這種技術或受其啟發的技術可能很快就會出現。

編譯自/ scitechdaily