科学家开发出高效、高精度3D光整形器的新方法

光学计算、集成光子学和数字全息术等现代技术需要在三个维度上操纵光信号。为实现这一目标，必须能够根据所需的应用来塑造和引导光流。鉴于介质内的光流受折射率控制，需要对折射率进行特定调整以实现对介质内光路的控制。 ,^f+^^  
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为此，科学家们开发了所谓的“非周期光子体积元件”（APVEs），即位于预定义位置的具有特定折射率的微观体素，以可控的方式引导光的流动。然而，雕刻这些元件需要高度的精度，并且大多数光成形材料仅限于2D配置，或者最终降低输出光束轮廓。 <1\Nb
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在近期发表在Advanced Photonics Nexus（APNexus）上的一项研究中，由奥地利因斯布鲁克医科大学的Alexander Jesacher领导的研究人员提出了一种简单的方法来为一系列应用制造高精度的APVE。该方法使用一种名为“直接激光写入”的技术，在硼硅酸盐玻璃内对特定折射率的体素进行3D排列。 **gXvTqI  
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在他们的研究中，研究人员设计了一种算法，该算法刺激光通过介质流动，以确定体素的最佳位置，从而达到必要的精度。基于此，他们能够在短短20分钟内生成15.4万至30.8万个体素，每个体素的体积约为1.75µm×7.5µm×10µm。此外，他们使用动态波前控制来补偿激光聚焦在衬底上期间的任何球面像差（光束轮廓失真）。这确保了介质内所有深度处每个体素轮廓的一致性。 )iK6:s#  
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该团队开发了三种类型的APVE来证明该方法的适用性：一种用于控制输入光束强度分布的强度整形器，一种用于操纵输入光束红-绿-蓝（RGB）光谱传输的RGB多路复用器，以及一种用于提高数据传输速度的埃尔米特-高斯（HG）模式分类器。 um>6z_"  
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该团队使用强度整形器将高斯光束转换为微观的微笑形光分布，然后使用多路复用器以不同的颜色表示微笑分布的不同部分，最后使用HG模式分类器将光纤传输的多个高斯模式输入转换为HG模式。在所有情况下，这些设备都能够在没有显著损失的情况下传输输入信号，并实现了高达80%的创纪录的高衍射效率，为APVE标准树立了新的基准。 gn".u!9j  
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恩塞纳达科学研究和高等教育中心的Paulina Segovia-Olvera说：“本文报告的结果极大地推进了超快激光直写领域。这种新方法可以为高度集成的3D光整形器的快速原型制作打开理想的低成本平台的大门。生产一致、可重复和可靠的APVE的可靠方法不仅增加了该领域的当前知识，而且还为应用光子学开辟了新途径”。 L"*/:$EJL.  
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该方法除了简单、低成本、高精度外，还可以推广到其他衬底，包括非线性材料。Jesacher总结道：“我们方法的灵活性可以使其能够设计应用广泛的3D设备，比如用于信息传输、光学计算、多模光纤成像、非线性光子学和量子光学”。 a8Nh
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相关链接：https://phys.org/news/2023-04-approach-efficient-high-precision-3d-shapers.html