光学成像体例极大地拓展了人类的视觉才气，使咱们或许参观和通晓多种多样的景色。成像工夫涵盖了从X射线到无线电频率平凡的波长领域，影响着学者的探讨举止和人们的通常生存。守旧光学成像体例重要利用玻璃镜片动作光学元件，其坐蓐成立历程繁杂。比拟而言，会集物拥有多效用性和可塑性，能够通过分其它成立伎俩完毕繁杂的光学机闭。然而，新颖使用对光学成像体例，十分是对更幼、更轻、更高折柳率光学元件的需求延续进步，这给器件微型化和必要具备微纳米特色机闭成立才气的优秀策画成立带来了新的挑衅。3D打印或增材成立为应对这些挑衅供应了新的治理计划。该工夫拥有神速原型成立、定造几何形势和高效坐蓐的所长，十分实用于微型光学成像器件。然而，现有3D打印工夫正在纳米标准上完毕正确的机闭成立仍面对挑衅。双光子会集光刻（Two-photon polymerization lithography， TPL）是一种纳米级3D打印工夫，通过液态树脂中的非线性双光子罗致历程，或许成立超越光学衍射极限的繁杂机闭。它供应了史无前例的加工才气，比方无需瞄准的正确成立微纳米机闭，以及险些能够完毕随意繁杂3D纳米机闭的神速原型成立。

　　近期，新加坡科技策画大学工程产物拓荒学院Joel K. W. Yang老师，湖南大学呆板与运载工程学院及湖南大学粤港澳大湾区立异探讨院段辉高老师，莫纳什大学Haoran Ren探讨员及配合家正在SCI期刊《绝顶成立》（InternationalJournal of Extreme Manufacturing, IJEM）上配合揭橥《Two-photon polymerization lithography for imaging optics》的综述论文。该作品夸大了评估成像器件光学机能准绳的首要性，叙论了与TPL闭连的质料属性、成立工夫，详述了TPL正在光学成像中的使用，探究了应对目前挑衅的打倒性治理计划，并瞻望了将TPL纳入异日光学成像使用的远景（如图1所示）。本综述将为探讨职员供应闭连界限的根底学问以及TPL正在成像光学方面的最新起色，推进对该界限更深远的通晓，并为运用TPL的高精度微纳加工才气、平凡的质料领域和全3D工艺工夫，正在闭连质料、成立和策画方面的进一步成长供应了新的意见。

　　瞻望了TPL正在成像光学中的异日成长趋向，并就现存挑衅的潜正在治理计划供应了新的意见。

　　雷同于人类用眼睛感知周遭处境，光学成像是通过光学器件精确显露物体的历程。这一界限虽守旧却延续成长，已罕见千年汗青，并跟着表面、质料、策画、工夫及使用的成长而延续前进。光学成像体例扩展了人眼的视觉才气，比方通过大口径千里镜物色宇宙，通过显微镜探讨微观天下，鞭策了生物学、化学、医学等学科的神速前进。目前，光学成像已超越可见光谱，涵盖X射线至无线电频率等。光学成像工夫的继续鼎新，如折柳率、光谱乖巧度及多维成像才气的提拔，已被平凡使用于消费电子产物中，明显进步了人们的生存质料。

　　守旧的玻璃镜片坐蓐涉及繁杂的加工程序，如成型、锻造和磨削等。高分子会集物因为本钱低、重量轻、成立矫捷且透后度上等出处，目前已常用作种种光学使用中的安稳基质。虽然平时镜头的表面粗略度低于波长的相当之一已足够，但正在高端成像使用中，简单镜头往往无法满意需求，常用多镜头组合来进步成像质料。目前，新颖光学成像器件趋势于幼型化、便携性和集成化。新的光学成像策画表面从折射光学扩展到了衍射光学和纳米光子学，旨正在完毕更薄、更轻的光学器件，以冲破守旧工艺的局限。

　　3D打印或增材成立工夫供应了然决守旧成立挑衅的新伎俩。这种工夫通过排斥瞄准需求，使坐蓐拥有眇幼特色的光学器件成为可以。3D打印的上风蕴涵神速原型成立、定造几何形势、最幼化废物和缩短成立光阴等。常用会集物光刻胶的高透后度和匀称性使其成为理思的微型光学成像器件质料。种种3D打印伎俩如熔融丝成立、直接墨水写入和光学立体光刻等已被用于成立高质料的微米至厘米级光学元件。

　　正在纳米级3D打印工夫中，TPL或许成立超越光学衍射局限特色巨细的随意机闭。TPL通过高数值孔径物镜聚焦飞秒脉冲激光，正在未固化的光刻胶中造成主题。正在主题处能量赶上阈值强度从而激励双光子罗致，使此处光刻胶会集造成体素。是以，该工夫能够正在随意三维空间地点举行机闭打印。TPL的上风蕴涵无需瞄准的单步成立和完毕微观至纳米级特色的才气，平凡使用于光学和纳米光子学界限，如折射光学、衍射元件和光学机械人等，已成为成立微型光学成像体例的健壮用具。

　　本综述起初回来了评估成像机能的闭头参数，并创议对3D打印成像器件举行周到的光学表征。先前的无数探讨做事看待TPL加工的成像器件并未举行体例的机能明白。作家指出，通过调解机闭策画、数值模仿以及高精度成立工夫，能够将造备工艺自己的控造性，比方体素的固有形势、临近效应、会集不齐全和后解决时的减少等，直接受入优化历程。是以，对这些成分举行鲁棒性明白能够进一步进步光学器件的实质机能。其余，机能评估应正在准绳条目下举行，通过精密的几何和光学表征获取的数据能够纳入迭代策画历程中，以调剂成立参数来优化成像机能。其它，还能够运用逆向策画伎俩某人为智能，如深度研习等，来获取最佳策画，以满意特定的成像准绳。

　　随后作品先容了TPL所用质料的闭头属性，比方会集转换度、透射率、质料的色散闭联、热安稳性和呆板安稳性等，这些属性对成像质料、器件的使用波段和实用做事处境有首要影响。其余，多质料同化加工工夫能够进一步进步器件的成像机能，比方罗致型质料能够去除杂散光以进步成像比照度，增透膜有帮于进步成像结果。正在阐明TPL根本做事道理的根底上（图2），作家进一步总结了正在种种基底上通过TPL加工成像器件的闭头工夫，蕴涵平整衬底如高透后度玻璃以及半导体工业常用的晶圆等。作家还要点先容了正在光纤端面、光学芯片及波导接口、图像传感器等独特机闭和质料界面正确加工的伎俩，为闭连光学器件微型化和集成化的成长供应了可行道途（图3，图4）。

　　正在对闭连质料属性和加工工艺举行明白总结的根底上，作家对TPL正在光学成像使用中的成长举行了分类总结，蕴涵：折射透镜（图5）、衍射透镜（图6）、超透镜（图7）、梯度折射率透镜（图8）、镜头阵列、复眼（图9）、动态透镜（图10）、内窥镜（图11）、衍射光学神经汇集、谋略成像和其他光学成像体例（图12、图13）。

　　（1）TPL的正确加工才气能够将守旧的折射透镜和透镜阵列直接微型化并维持滑润的机闭表面，其3D加工才气能够直接打印集成光学成像体例，从而避免了繁杂的多光学元件拼装历程。

　　（2）衍射透镜拥有重量轻、易于成立、本钱效益高和易于集成等所长，正在许多界限能够代替守旧的折射透镜。借帮TPL，人们能够便捷地正在分别衬底上利用分别质料神速造备2.5D机闭的衍射透镜，以及折衍同化透镜等完毕消色差成像，以及光针等独特成像主题。

　　（3）超透镜则是更为优秀的平面光学器件，由人为策画的亚波长机闭构成，超紧凑、超薄、更多策画自正在度和优秀的光操控才气使超透镜近年来正在成像光学中备受体贴。守旧高折柳率的成立伎俩如电子束光刻（EBL）和聚焦离子束光刻（FIB）能够修造超透镜的2D或2.5D原型，而TPL能够正在维持亚波长特色尺寸的条件下神速成立3D透镜，为完毕更繁杂的策画，取得更好的成像机能供应了可以。然而目前TPL可完毕的最幼特色尺寸约为200纳米，这局限了对较短波长的策画才气。

　　（4）光刻胶的折射率相对较低，与超透镜常用的质料（如TiO2、GaN和Si）比拟，其操控光的才气较弱。正在守旧透镜中，透镜的折射率平时是恒定的，然而，通过优化TPL工艺，能够通过正在通盘质料中完毕延续变动的折射率来成立透镜元件，即梯度折射率透镜（GRIN），且TPL也为成立随意形势的GRIN元件供应了可以，从而完毕波前的延续精准限定。

　　（5）静态透镜仍然正在很多微光学元件的探讨中获得使用，而动态透镜则能够利用表部刺激来完毕新效用或将其使用于特定场景以举行光限定。借帮TPL，能够将静态透镜与动态呼应质料（比方电场呼应液晶或用于活动液体的微流道）相联结，从而更动个别折射率以医治空间相位和焦距。

　　（6）其余，因为TPL的高折柳率、正在三维空间中的自正在样子、高速率、高可扩展性、易于与现有光学体例集成等上风，该工夫能够用于造备大范围光学深度神经汇集（DNNs）并是以推进神速拉长的人为智能需求。光学深度神经汇集或衍射深度神经汇集（DDNNs）运用光的固有上风，以光速完毕矩阵-向量乘法，比拟电子元器件能耗极低。除了通过TPL直接成立光学成像元件除表，种种非守旧组件也可认为成像历程做出奉献，加强成像质料并引入填补效用，比方，多级繁杂3D机闭能够辅帮正确聚焦，自界说拥有内部机闭的生物仿体能够模仿细胞的光学和机闭性子，光波导集束完毕超谱成像，逆向策画的三维繁杂光子机闭完毕光谱、偏振、轨道角动量成像等。奇异的策画与效用预示TPL将正在光子学界限成为成像使用的健壮平台。

　　该文为探讨职员供应了闭连界限的周到综述，便于职掌根底学问和最新起色，从而推进对该界限的深远通晓。借帮TPL的高折柳率加工才气、平凡的质料可采选性和线D机闭造备才气，联结最新的质料起色、成立工夫和策画伎俩，作品叙论了现存挑衅的潜正在治理计划，并预测了TPL正在成像光学界限的远景。如：高折射率、低减少率和高杨氏模量光刻胶的策画拓荒；动态呼应光刻胶的拓荒，多质料同化造备工艺；极高精度3D打印工艺；及时原位造备历程监测工夫；基于机械研习的机闭补充工夫；大面积多标准批量造备工夫；低能耗延续激光替换加工计划等。固然TPL相对守旧成立伎俩拥有诸多上风，但其正在工业坐蓐中的使用仍处于初期阶段，目前仍然面对诸如质料采选有限和成立速率慢等种种局限，导致工业化本钱进步。虽然如斯，TPL至极适合神速原型成立和为奇异形势的成像元件创修模具，为推进拥有独特效用光学器件的完毕供应了可以。通过调解光学成像的根本道理、质料、立异策画和新鲜的成立工夫，TPL将接续鞭策光学成像界限的成长，进一步加深咱们对天下的明白（图14）。

　　InternationalJournal of Extreme Manufacturing(中文《绝顶成立（英文）》），简称IJEM。动作绝顶成立界限首本专业期刊，拥有明显的多学科交叉特征。期刊聚焦绝顶成立界限前沿科学成长和工夫需求，努力于揭橥绝顶成立界限闭连的高质料最新探讨成绩，涵盖撑持绝顶成立的根底科学到前沿工夫，旨正在搭修绽放平等的疏通桥梁，鞭策绝顶成立界限的多学科调解与立异。

　　期刊先后被SCI、EI、Scopus、CSCD等近30个国际著名数据库收录。IF （2023） 16.1，JCR Q1区，延续两年位列环球工程成立界限第一，中国科学院期刊分区工程工夫一区、呆板工程界限高质料科技期刊分级目次T1级。入选中国科技期刊优异活动安置英文领军期刊，获呆板工业科学工夫奖科技前进二等奖、中国科协突出科技论文、中国最具国际影响力学术期刊等声望。

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