[發明專利]一種基于拓撲優化設計和納米3D打印工藝的成像光纖束端面超構透鏡及其制備方法

在審

• 申請號: 202210241565.3
• 申請日: 2022-03-11
• 公開（公告）號: CN116338863A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 鄧永波;林雨;焦通;王棟;韓業明;王承邈;李博文;張健宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G02B6/26
• 分類號: G02B6/26;G02B27/00;B29C64/20;B33Y30/00
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 孟潔

1.一種基于拓撲優化設計和納米3D打印工藝的成像光纖束端面超構透鏡，其特征在于，包括光纖束、光纖束端面微結構和超構透鏡；

所述超構透鏡集成于所述光纖束端面微結構的頂部，所述光纖束端面微結構和超構透鏡通過納米3D打印技術一體化打印在所述光纖束的一端端面上，所述光纖束的端面軸線與所述超構透鏡的中心軸線平行且同軸；

所述超構透鏡采用拓撲優化方法設計。

2.根據權利要求1所述的基于拓撲優化設計和納米3D打印工藝的成像光纖束端面超構透鏡，其特征在于，所述光纖束端面微結構具有孔結構，在其進入生物體組織后，由于表面張力作用可使微結構內部形成空腔，若在氣體環境中使用，可以保證所述超構透鏡的兩端即物方和像方的介質相同，即在像距恒定的情況下固定了物距，便于移動所述光纖束進行成像。

3.根據權利要求1所述基于拓撲優化設計和納米3D打印工藝的成像光纖束端面超構透鏡，其特征在于，所述光纖束為二分束光纖，其另一端通過光纖耦合器分別連接光源和圖像傳感器，既可以傳輸光源發出的光也可以傳輸物體的像信息。

4.根據權利要求1所述基于拓撲優化設計和納米3D打印工藝的成像光纖束端面超構透鏡，其特征在于，所述光纖束端面微結構打印在距離所述光纖束的端面10μm±0.5μm位置處。

5.根據權利要求1所述基于拓撲優化設計和納米3D打印工藝的成像光纖束端面超構透鏡，其特征在于，所述光纖束端面微結構的高度等于所述超構透鏡的像距，所述光纖束端面微結構的直徑等于所述光纖束的直徑。

6.一種如權利要求1所述的基于拓撲優化設計和納米3D打印工藝的成像光纖束端面超構透鏡的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：選定傳像光纖束，確定傳像區與傳光區工作直徑；

S2：設計基于所述光纖束的所述超構透鏡；

S3：設計并繪制所述光纖束端面微結構的納米3D打印模型；

S4：設計并繪制所述光纖束端面微結構與所述超構透鏡的一體化結構納米3D打印模型；

S5：將所述一體化結構納米3D打印模型導入納米3D打印機；

S6：通過納米3D打印制造生成所述成像光纖束端面超構透鏡集成體。

7.根據權利要求6所述的基于拓撲優化設計和納米3D打印工藝的成像光纖束端面超構透鏡的制備方法，其特征在于，還包括以下步驟：

S7：將所述光纖束的另一端通過光纖耦合器分別連接光源和圖像傳感器；

S8：進行傳像實驗驗證系統傳像效果。

8.根據權利要求6所述的基于拓撲優化設計和納米3D打印工藝的成像光纖束端面超構透鏡的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中采用拓撲優化方法設計所述超構透鏡。

9.根據權利要求6所述的基于拓撲優化設計和納米3D打印工藝的成像光纖束端面超構透鏡的制備方法，其特征在于，所述步驟S6具體為：

在打印過程中，使用光纖支撐架固定所述光纖束，在所述光纖束的端面上滴入光敏樹脂，通過納米3D打印機按照所述一體化結構納米3D打印模型進行打印，打印完成后用丙二醇單甲醚乙酸酯PGMEA顯影，最后用異丙醇IPA清洗。