Skip to content
Home » Onderzoekers fabriceren kleine multi-component beam shaper rechtstreeks op optische vezel

Onderzoekers fabriceren kleine multi-component beam shaper rechtstreeks op optische vezel

    Onderzoekers fabriceren kleine multi-component beam shaper rechtstreeks op optische vezel
    Onderzoekers fabriceren kleine multi-component beam shaper rechtstreeks op optische vezel

    Onderzoekers gebruikten 3D-laserprinten om een ​​hoogwaardig, complex polymeer optisch apparaat direct op het uiteinde van een optische vezel te fabriceren. Een scanning elektronenmicroscopie beeld van het apparaat wordt getoond. Het bevat zowel een parabolische lens voor lichtcollimatie als een gedraaide axicon-optiek die het licht verdraait. Krediet: Shlomi Litman, Soreq Nuclear Research Center

    Onderzoekers hebben aangetoond dat 3D-laserprinten kan worden gebruikt om een ​​hoogwaardig, complex polymeer optisch apparaat direct op het uiteinde van een optische vezel te fabriceren. Dit type micro-optisch apparaat – dat details heeft die kleiner zijn dan de diameter van een mensenhaar – zou een uiterst compacte en goedkope manier kunnen zijn om lichtstralen op maat te maken voor een verscheidenheid aan toepassingen.


    “Communicatietechnologieën, internet en vele andere toepassingen zijn gebaseerd op optische vezels”, zegt onderzoeksteamleider Shlomi Lightman van het Soreq Nuclear Research Center in Israël. “Als er licht uit de vezel komt, worden meestal grote, volumineuze optische elementen gebruikt om het naar de volgende locatie te leiden. Onze aanpak minimaliseert zowel de omvang als de kosten voor dit proces door het routeringsproces in de vezel zelf te integreren.”

    In het journaal OpticaBrieven, Lightman en collega’s beschrijven hoe ze de kleine multi-component beam shaper rechtstreeks op een vezel hebben gefabriceerd. Het apparaat verandert normaal laserlicht in een gedraaide Bessel-straal die een orbitaal impulsmoment draagt ​​en niet uitzet in de ruimte zoals typische lichtstralen.

    De onderzoekers fabriceerden het hele micro-optische apparaat in minder dan 5 minuten. De vezel kost samen met het micro-optische apparaat minder dan $ 100, ongeveer een tiende van wat een standaard microscooplens met een vergelijkbare functie zou kunnen kosten.

    “De mogelijkheid om een ​​Bessel-bundel rechtstreeks uit een optische vezel te creëren, kan worden gebruikt voor deeltjesmanipulatie of vezelgeïntegreerde gestimuleerde emissiedepletie (STED) microscopie, een techniek die beelden met een superresolutie produceert”, zei Lightman. “Onze fabricagemethode kan ook worden gebruikt om een ​​goedkope lens te upgraden naar een slimme lens van hogere kwaliteit door er een slimme kleine structuur op te printen.”

    Precisieplanning

    Om de kleine optische apparaten te maken, gebruikten de onderzoekers een fabricagetechniek die 3D direct laserprinten wordt genoemd. Dit maakt gebruik van een laserstraal met femtoseconde pulsen om absorptie van twee fotonen te creëren in een lichtgevoelig optisch materiaal. Alleen de kleine volumes waar twee-fotonabsorptie plaatsvindt, worden solide, wat een manier biedt om 3D-elementen met hoge resolutie te creëren.

    Hoewel dit 3D direct laserprinten al enige tijd wordt gebruikt, is het moeilijk om de schaal en uitlijning correct te krijgen bij het fabriceren van dergelijke kleine optica op een fibertip. “We waren in staat om deze hindernis te overwinnen door zeer nauwkeurige 2D- en 3D-simulaties uit te voeren voordat we met het fabricageproces begonnen”, aldus Lightman. “Daarnaast moesten we goed nadenken over hoe we de optische elementen met elkaar konden integreren en dat vervolgens uitlijnen met de fiberkern.”

    Onderzoekers fabriceren kleine multi-component beam shaper rechtstreeks op optische vezel

    De onderzoekers creëerden een optisch meetsysteem om de prestaties te analyseren van stralen gevormd door het gefabriceerde apparaat. De bundel vertoonde een zeer lage diffractie en laservermogens konden bijna 10 MW/cm . bereiken2 voordat u het gefabriceerde micro-optische apparaat beschadigt. Krediet: Shlomi Lightman, Soreq Nuclear Research Center

    Na een zorgvuldige planning op basis van de simulaties, gebruikten de onderzoekers een commercieel 3D direct laserschrijfsysteem en een lichtgevoelig polymeer van hoge optische kwaliteit om een ​​110 micron hoog optisch apparaat te printen met een diameter van 60 micron en een hoogte van 110 micron aan het einde van een enkele modus glasvezel. Het apparaat bevatte zowel een parabolische lens voor lichtcollimatie als een spiraalvormige axiconlens om het licht te verdraaien. Dit veranderde licht dat uit de vezel kwam in een gedraaide Bessel-straal.

    Lichtvoortplanting van hoge kwaliteit

    Om de kwaliteit van het gefabriceerde optische apparaat te analyseren, bouwden de onderzoekers een optisch meetsysteem om de gevormde straal te vangen die zich voortplant uit de gemodificeerde vezel. Ze observeerden een zeer lage diffractie in de bundel, wat betekent dat het nuttig zou kunnen zijn voor toepassingen zoals STED-microscopie en deeltjesmanipulatie.

    Ze ontdekten ook dat het laservermogen bijna 10 MW/cm . kon bereiken2 voordat u het gefabriceerde micro-optische apparaat beschadigt. Hieruit bleek dat hoewel het apparaat was gemaakt van polymeer, dat gevoeliger is dan glas voor hitteschade door hoge vermogens, het nog steeds kan worden gebruikt om een ​​relatief hoog laservermogen te produceren.

    Nu de onderzoekers hebben aangetoond dat met deze directe 3D-laserprintmethode nauwkeurige multi-element micro-optieken kunnen worden gemaakt, experimenteren ze met het gebruik van hybride lichtgevoelige materialen die een laag percentage polymeer bevatten. Deze materialen zouden het mogelijk kunnen maken om optica van hogere kwaliteit te produceren die ook een langere houdbaarheid hebben en beter bestand zijn tegen hoge laservermogens in vergelijking met polymere materialen.


    Op maat gemaakte vezel genereert Bessel-stralen


    Informatie:
    Shlomi Lightman et al, Vortex-Bessel bundelgeneratie door 3D direct printen van een geïntegreerd multi-optisch element op een vezeltip, OpticaBrieven (2022). DOI: 10.1364/OL.470924

    citaten: Onderzoekers fabriceren kleine multi-component beam shaper rechtstreeks op optische vezel (2022, 3 oktober), opgehaald op 3 oktober 2022 van https://phys.org/news/2022-10-fabricate-tiny-multi-component-shaper-optical. html

    Op dit document rust copyright. Afgezien van een eerlijke handel ten behoeve van eigen studie of onderzoek, mag niets worden gereproduceerd zonder schriftelijke toestemming. De inhoud wordt uitsluitend ter informatie verstrekt.