研究人員在光纖末端制造微米級光學器件
研究人員表明，3D激光打印可以直接在光纖末端制造高質量、復雜的聚合物光學器件。這種微光學器件的細節(jié)比頭發(fā)的直徑還小，可以提供一種極其緊湊、廉價的方法來為各種應用定制光束。 Qa$NBNxKl
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3D打印的復雜聚合物光學器件 8mgQu]>
在論文中，研究人員描述了他們是如何在光纖上直接制造微型多分量光束整形器的。該裝置將普通激光轉化為扭曲的貝塞爾光束，該光束攜帶軌道角動量，不會像典型光束那樣在空間中膨脹。研究人員們在不到5分鐘的時間內制作出了整個微光學器件，光纖和微型光學設備的價格不到100美元，大約是執(zhí)行類似功能的標準顯微鏡物鏡價格的十分之一。 4YJ=q% G
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“直接從光纖產生貝塞爾光束的能力可用于粒子操縱或光纖集成受激發(fā)射損耗STED顯微鏡，這是一種產生超分辨率圖像的技術。我們的制造方法還可以通過在廉價透鏡上打印智能小結構，將其升級為更高質量的智能透鏡。”研究人員們解釋說。
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精確規(guī)劃 .^XH uN&
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為了制造這種微小的光學器件，研究人員使用了一種叫做3D直接激光打印的制造技術，帶有飛秒脈沖的激光束在光敏光學材料中產生雙光子吸收。只有發(fā)生雙光子吸收的微小材料會變?yōu)楣腆w，這提供了一種創(chuàng)建高分辨率3D結構的方法。 jX|=n.#q
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雖然這種3D直接激光打印已經使用了一段時間，但如果要在光纖端頭上制作這樣小的光學元件時，會很難獲得正確的比例。研究人員解釋說：“在開始制造過程之前，我們通過進行高精度的2D和3D模擬，克服了這個障礙，此外，我們必須仔細考慮如何將光學元件相互集成，然后將其與光纖芯對齊。” O 3!d(dY=_
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在經過模擬和精心規(guī)劃后，研究人員使用商業(yè)3D直接激光寫入系統(tǒng)和高光學質量光敏聚合物，在單模光纖末端打印出了直徑為60微米、高度為110微米的光學設備。該裝置包括用于光線準直的拋物面透鏡和用于扭曲光線的螺旋軸棱鏡。 yL"i
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光的傳播質量 4uX(_5#j
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為了分析制作的光學器件的質量，研究人員建立了一個光學測量系統(tǒng)，以捕獲修改后的光纖傳輸的整形光束。他們在光束中觀察到非常低的衍射，這意味著它可以用于STED顯微鏡和粒子操作等應用。 \n@V-b
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光學測量系統(tǒng) Ky&KF0
研究人員還發(fā)現，激光功率如果達到接近10 MW/cm2就會損壞制作的微光學器件。這表明，即使該裝置是由聚合物制成的，聚合物比玻璃更容易受到高功率的熱損傷，它仍然可以用來產生相對較高的激光功率。 9bEM#Hj
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現在，研究人員已經證明，使用這種直接3D激光打印方法可以創(chuàng)建精確的多元素微光學，他們正在使用含有低比例聚合物的混合光敏材料進行實驗。與聚合物材料相比，這些材料可以生產出質量更高的光學元件，這些光學元件的保質期更長，對高激光功率的耐受性更強。 >Me]m<$E;
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