作者安妮·斯塔克，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室 定制梯度折射率光学器件的理想未来自动化生产工艺的艺术再现，展示定制组合光学器件预成型件的多材料3D打印、通过热处理转化为玻璃、抛光以及具有折射率梯度的最终光学器件的检查
信用:雅各布龙和布莱恩查韦斯
劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)的研究人员使用多种材料的三维打印技术来制造定制的梯度折射率玻璃光学器件，这种光学器件可以制造出更好的军用专用眼镜和虚拟现实护目镜
这项新技术可以在平板玻璃组件(无表面曲率)中实现各种常规和非常规光学功能，在环境稳定的玻璃材料中提供新的光学设计多功能性
该团队能够通过主动控制两种不同的玻璃成型糊料或“油墨”的比例来调整材料成分的梯度，这两种糊料或“油墨”使用三维打印的直接墨水书写(DIW)方法在线混合在一起
在使用DIW制造组成变化的光学预制件之后，然后将其致密化为玻璃，并且可以使用传统的光学抛光来完成
“一旦我们将材料转变成玻璃，材料成分的变化就会导致折射率的变化，”LLNL的科学家丽贝卡·戴尔拉-斯皮尔斯说，她是今天《科学进展》上发表的一篇论文的主要作者
该项目始于2016年，当时该团队开始寻找添加剂制造可用于推进光学和光学系统的方法
因为添加剂制造提供了控制结构和成分的能力，它提供了制造梯度折射率玻璃透镜的新途径
荣誉:劳伦斯·利弗莫尔国家实验室 梯度折射率光学器件为传统的成品光学器件提供了另一种选择
梯度折射率光学器件包含材料成分的空间梯度，这提供了材料折射率的梯度，改变了光在介质中的传播方式
梯度折射率透镜可以具有平坦的表面形状，但仍然具有与等效的传统透镜相同的光学功能
由于眼睛晶状体的进化，梯度折射率光学已经在自然界存在
在大多数物种中可以找到这样的例子，其中穿过眼睛晶状体的折射率的变化由结构蛋白的不同浓度所控制
完全空间控制材料成分和光学功能的能力为梯度折射率光学设计提供了新的选择
例如，多个功能可以被设计到单个光学器件中，例如聚焦与普通光学像差的校正相结合
此外，已经表明，结合表面曲率和折射率梯度的光学器件的使用有可能减小光学系统的尺寸和重量
通过定制折射率，可以用平坦的表面代替弯曲的光学元件，这可以降低加工成本
表面曲率也可以添加到使用体和表面效果操纵光
由掺杂二氧化钛的石英玻璃制成的抛光3D打印梯度折射率透镜阵列
网格正方形每边1毫米
荣誉:劳伦斯·利弗莫尔国家实验室 这项新技术还可以减轻光学系统的重量
例如，士兵在战场上使用的光学系统要轻便，这一点至关重要
“这是我们第一次通过三维打印将两种不同的玻璃材料结合在一起，并展示了它们作为光学器件的功能
尽管这种方法已经在梯度折射率材料中得到了验证，但它也可以用于定制其他材料或光学特性
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