伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员利用3D打印和多孔硅，开发出了紧凑的可见光消色差材料，这对小型化和轻量化光学器件至关重要。这些高性能混合微光学实现了高聚焦效率，同时最小化了体积和厚度。此外，这些微透镜可以构造成阵列，以形成消色差光场成像仪和显示器的更大面积图像。
这项研究是由材料科学和工程教授保罗·布劳恩和大卫·卡希尔，电气和计算机工程教授林福德·戈达德和前研究生科里·理查兹领导的。这项研究的结果发表在《自然通讯》上。
Braun说:“我们开发了一种方法，通过非传统的制造方法，在高度小型化的薄层上创造出具有经典复合光学功能的结构。”
在许多成像应用中，存在多种波长的光，例如白光。如果用一个透镜来聚焦这种光，不同波长的光聚焦在不同的点上，就会产生颜色模糊的图像。为了解决这个问题，将多个透镜堆叠在一起形成消色差透镜。“在白光成像中，如果你使用单个透镜，就会有相当大的色散，因此每种组成颜色都聚焦在不同的位置。然而，使用消色差透镜，所有的颜色都聚焦在同一点上，”布劳恩说。
然而，挑战在于，制造消色差透镜所需的透镜元件堆叠相对较厚，这可能使经典的消色差透镜不适用于更新的、缩小的技术平台，例如超紧凑可见波长相机、便携式显微镜，甚至可穿戴设备。
为了形成一个更薄的透镜，该团队将一个折射透镜与一个平面衍射透镜结合在一起。布劳恩解释说，底部的透镜是衍射透镜，可以将红光聚焦得更近，而顶部的透镜是折射透镜，可以将红光聚焦得更远。它们相互抵消，聚焦在同一个地方。
为了创建紧凑的混合型消色差成像系统，研究人员开发了一种制造工艺，称为通过光束曝光的亚表面可控折射率(SCRIBE)，其中聚合物结构在多孔硅主体介质中进行3D打印，该介质机械地支撑光学元件。在该工艺中，将液体聚合物填充到多孔硅中，并使用超快激光将液体聚合物转化为固体聚合物。通过这种方法，他们能够在不需要外部支撑的情况下集成透镜的衍射和折射元件，同时还可以最小化体积，增加制造的便利性并提供高效消色差聚焦。
理查兹解释说:“如果你在空气中打印镜头，你想把两个镜头堆叠在一起，你需要打印第一个镜头，然后在它周围建立一个支撑结构。”“然后你需要在支撑结构内打印第二个镜头。但在多孔硅中，你可以把两个透镜挂在一起。从这个意义上说，整合更加无缝。”
使用这种方法，可以从混合消色差微透镜阵列重建更大面积的图像。该阵列可以捕获光场信息，这是传统聚合物微透镜(通常不是消色差的)面临的重大挑战，并将为光场相机和光场显示器等应用铺平道路。
