研究人員表明，3D激光打印可以直接在光纖末端制造高質(zhì)量、復(fù)雜的聚合物光學(xué)器件。這種微光學(xué)器件的細(xì)節(jié)比頭發(fā)的直徑還小，可以提供一種極其緊湊、廉價(jià)的方法來為各種應(yīng)用定制光束。

3D打印的復(fù)雜聚合物光學(xué)器件 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(zhuǎn)化為扭曲的貝塞爾光束，該光束攜帶軌道角動(dòng)量，不會(huì)像典型光束那樣在空間中膨脹。研究人員們?cè)诓坏?分鐘的時(shí)間內(nèi)制作出了整個(gè)微光學(xué)器件，光纖和微型光學(xué)設(shè)備的價(jià)格不到100美元，大約是執(zhí)行類似功能的標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡物鏡價(jià)格的十分之一。

“直接從光纖產(chǎn)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(chǎn)生超分辨率圖像的技術(shù)。我們的制造方法還可以通過在廉價(jià)透鏡上打印智能小結(jié)構(gòu)，將其升級(jí)為更高質(zhì)量的智能透鏡。”研究人員們解釋說。

精確規(guī)劃

為了制造這種微小的光學(xué)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(shù)，帶有飛秒脈沖的激光束在光敏光學(xué)材料中產(chǎn)生雙光子吸收。只有發(fā)生雙光子吸收的微小材料會(huì)變?yōu)楣腆w，這提供了一種創(chuàng)建高分辨率3D結(jié)構(gòu)的方法。

雖然這種3D直接激光打印已經(jīng)使用了一段時(shí)間，但如果要在光纖端頭上制作這樣小的光學(xué)元件時(shí)，會(huì)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(jìn)行高精度的2D和3D模擬，克服了這個(gè)障礙，此外，我們必須仔細(xì)考慮如何將光學(xué)元件相互集成，然后將其與光纖芯對(duì)齊。”

在經(jīng)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(xué)質(zhì)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(xué)設(shè)備。該裝置包括用于光線準(zhǔn)直的拋物面透鏡和用于扭曲光線的螺旋軸棱鏡。

光的傳播質(zhì)量

為了分析制作的光學(xué)器件的傳播質(zhì)量，研究人員建立了一個(gè)光學(xué)測量系統(tǒng)，以捕獲修改后的光纖傳輸?shù)恼喂馐Ｋ麄冊(cè)诠馐杏^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(yīng)用。

光學(xué)測量系統(tǒng) 研究人員還發(fā)現(xiàn)，激光功率如果達(dá)到接近10MW/cm2就會(huì)損壞制作的微光學(xué)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(chǎn)生相對(duì)較高的激光功率。

現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)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(xué)，他們正在使用含有低比例聚合物的混合光敏材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

與聚合物材料相比，這些材料可以生產(chǎn)出質(zhì)量更高的光學(xué)元件，這些光學(xué)元件的保質(zhì)期更長，對(duì)高激光功率的耐受性更強(qiáng)。





審核編輯：劉清