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2023-05-01 22:03 |
科學(xué)家開(kāi)發(fā)出高效、高精度3D光整形器的新方法
光學(xué)計(jì)算、集成光子學(xué)和數(shù)字全息術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)需要在三個(gè)維度上操縱光信號(hào)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須能夠根據(jù)所需的應(yīng)用來(lái)塑造和引導(dǎo)光流。鑒于介質(zhì)內(nèi)的光流受折射率控制，需要對(duì)折射率進(jìn)行特定調(diào)整以實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)內(nèi)光路的控制。 F BcF
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為此，科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了所謂的“非周期光子體積元件”（APVEs），即位于預(yù)定義位置的具有特定折射率的微觀體素，以可控的方式引導(dǎo)光的流動(dòng)。然而，雕刻這些元件需要高度的精度，并且大多數(shù)光成形材料僅限于2D配置，或者最終降低輸出光束輪廓。 (r.{v@h,dV
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在近期發(fā)表在Advanced Photonics Nexus（APNexus）上的一項(xiàng)研究中，由奧地利因斯布魯克醫(yī)科大學(xué)的Alexander Jesacher領(lǐng)導(dǎo)的研究人員提出了一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)為一系列應(yīng)用制造高精度的APVE。該方法使用一種名為“直接激光寫入”的技術(shù)，在硼硅酸鹽玻璃內(nèi)對(duì)特定折射率的體素進(jìn)行3D排列。 [,a O*7 N
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在他們的研究中，研究人員設(shè)計(jì)了一種算法，該算法刺激光通過(guò)介質(zhì)流動(dòng)，以確定體素的最佳位置，從而達(dá)到必要的精度�；诖�，他們能夠在短短20分鐘內(nèi)生成15.4萬(wàn)至30.8萬(wàn)個(gè)體素，每個(gè)體素的體積約為1.75µm×7.5µm×10µm。此外，他們使用動(dòng)態(tài)波前控制來(lái)補(bǔ)償激光聚焦在襯底上期間的任何球面像差（光束輪廓失真）。這確保了介質(zhì)內(nèi)所有深度處每個(gè)體素輪廓的一致性。 fwRlqfi
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該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了三種類型的APVE來(lái)證明該方法的適用性：一種用于控制輸入光束強(qiáng)度分布的強(qiáng)度整形器，一種用于操縱輸入光束紅-綠-藍(lán)（RGB）光譜傳輸?shù)腞GB多路復(fù)用器，以及一種用于提高數(shù)據(jù)傳輸速度的埃爾米特-高斯（HG）模式分類器。 O` dob&C
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該團(tuán)隊(duì)使用強(qiáng)度整形器將高斯光束轉(zhuǎn)換為微觀的微笑形光分布，然后使用多路復(fù)用器以不同的顏色表示微笑分布的不同部分，最后使用HG模式分類器將光纖傳輸?shù)亩鄠�(gè)高斯模式輸入轉(zhuǎn)換為HG模式。在所有情況下，這些設(shè)備都能夠在沒(méi)有顯著損失的情況下傳輸輸入信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)了高達(dá)80%的創(chuàng)紀(jì)錄的高衍射效率，為APVE標(biāo)準(zhǔn)樹(shù)立了新的基準(zhǔn)。 ~]/X,Cf
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恩塞納達(dá)科學(xué)研究和高等教育中心的Paulina Segovia-Olvera說(shuō)：“本文報(bào)告的結(jié)果極大地推進(jìn)了超快激光直寫領(lǐng)域。這種新方法可以為高度集成的3D光整形器的快速原型制作打開(kāi)理想的低成本平臺(tái)的大門。生產(chǎn)一致、可重復(fù)和可靠的APVE的可靠方法不僅增加了該領(lǐng)域的當(dāng)前知識(shí)，而且還為應(yīng)用光子學(xué)開(kāi)辟了新途徑”。 9kP!O_
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該方法除了簡(jiǎn)單、低成本、高精度外，還可以推廣到其他襯底，包括非線性材料。Jesacher總結(jié)道：“我們方法的靈活性可以使其能夠設(shè)計(jì)應(yīng)用廣泛的3D設(shè)備，比如用于信息傳輸、光學(xué)計(jì)算、多模光纖成像、非線性光子學(xué)和量子光學(xué)”。 k&DH QvfB
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