Изготовлен крошечный многокомпонентный формирователь луча прямо на оптическое волокно
В журнале Optics Letters Лайтман и его коллеги описывают, как они изготовили крошечный многокомпонентный формирователь луча непосредственно на волокне. Устройство превращает обычный лазерный свет в искривленный луч Бесселя, который имеет орбитальный угловой момент и не расширяется в пространстве, как обычные световые лучи.
Исследователи использовали 3D-лазерную печать для изготовления высококачественного сложного полимерного оптического устройства непосредственно на конце оптического волокна. Показано изображение устройства, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии. Он включает в себя как параболическую линзу для коллимации света, так и изогнутую аксиконную оптику, которая закручивает свет. Авторы и права: Шломи Литман, Центр ядерных исследований Сорек.
Исследователи показали, что 3D-лазерная печать может использоваться для изготовления высококачественного сложного полимерного оптического устройства непосредственно на конце оптического волокна. Этот тип микрооптического устройства, детали которого меньше диаметра человеческого волоса, может обеспечить чрезвычайно компактный и недорогой способ адаптации световых лучей для различных приложений.
«Коммуникационные технологии, Интернет и многие другие приложения основаны на оптических волокнах», — сказал руководитель исследовательской группы Шломи Лайтман из Центра ядерных исследований Сорек в Израиле. «Когда свет выходит из волокна, обычно используются большие громоздкие оптические элементы, чтобы направить его к следующему местоположению. Наш подход минимизирует как размер, так и стоимость этого процесса за счет интеграции процесса маршрутизации в само волокно».
В журнале Optics Letters Лайтман и его коллеги описывают, как они изготовили крошечный многокомпонентный формирователь луча непосредственно на волокне. Устройство превращает обычный лазерный свет в искривленный луч Бесселя, который имеет орбитальный угловой момент и не расширяется в пространстве, как обычные световые лучи.
Исследователи изготовили все микрооптическое устройство менее чем за 5 минут. Волокно вместе с микрооптическим устройством стоило менее 100 долларов, что составляет примерно десятую часть стоимости стандартного объектива микроскопа, выполняющего аналогичную функцию.
«Возможность создавать пучок Бесселя непосредственно из оптического волокна может быть использована для манипулирования частицами или для микроскопии с интегрированным стимулированным эмиссионным истощением (STED) — метода, позволяющего получать изображения сверхвысокого разрешения», — сказал Лайтман. «Наш метод изготовления также может быть использован для модернизации недорогой линзы до более качественной интеллектуальной линзы путем печати на ней небольшой умной структуры».
Точное планирование
Чтобы сделать крошечные оптические устройства, исследователи использовали технологию изготовления, называемую прямой лазерной 3D-печатью. При этом используется лазерный луч с фемтосекундными импульсами для создания двухфотонного поглощения в светочувствительном оптическом материале. Только крошечные объемы, где происходит двухфотонное поглощение, становятся твердыми, что позволяет создавать трехмерные элементы с высоким разрешением.
Хотя эта прямая трехмерная лазерная печать использовалась в течение некоторого времени, трудно получить правильный масштаб и выравнивание при изготовлении такой маленькой оптики на наконечнике волокна. «Мы смогли преодолеть это препятствие, выполнив высокоточное 2D- и 3D-моделирование, прежде чем мы начали процесс изготовления», — сказал Лайтман. «Кроме того, нам пришлось тщательно продумать, как интегрировать оптические элементы друг с другом, а затем совместить их с сердцевиной волокна».
Исследователи создали оптическую измерительную систему для анализа характеристик лучей, сформированных изготовленным устройством. Луч показал очень низкую дифракцию, а мощность лазера могла достигать почти 10 МВт/см 2 , прежде чем повреждалось изготовленное микрооптическое устройство. Авторы и права: Шломи Лайтман, Центр ядерных исследований Сорек.
После тщательного планирования, основанного на моделировании, исследователи использовали коммерческую систему трехмерной прямой лазерной записи и светочувствительный полимер с высоким оптическим качеством для печати оптического устройства высотой 110 микрон, диаметром 60 микрон и высотой 110 микрон на конце одномодового импульса. оптоволокно. Устройство включало как параболическую линзу для коллимации света, так и спиральную аксиконную линзу для поворота света. Это превращало свет, выходящий из волокна, в скрученный пучок Бесселя.
Высококачественное распространение света
Чтобы проанализировать качество изготовленного оптического устройства, исследователи построили оптическую измерительную систему для захвата сформированного луча, распространяющегося от модифицированного волокна. Они наблюдали очень низкую дифракцию луча, а это означает, что он может быть полезен для таких приложений, как STED-микроскопия и манипулирование частицами.
Они также обнаружили, что мощность лазера может достигать 10 МВт/см 2 , прежде чем он повредит изготовленное микрооптическое устройство. Это показало, что даже несмотря на то, что устройство было изготовлено из полимера, который более восприимчив чем стекло к тепловым повреждениям от высоких мощностей, его все же можно использовать для получения относительно высокой мощности лазера.
Теперь, когда исследователи продемонстрировали, что точная многоэлементная микрооптика может быть создана с использованием этого метода прямой 3D-лазерной печати, они экспериментируют с использованием гибридных светочувствительных материалов, содержащих низкий процент полимера. Эти материалы могут позволить производить оптику более высокого качества, которая также имеет более длительный срок хранения и более устойчива к высокой мощности лазера по сравнению с полимерными материалами.
