微型“光子灯笼”空间复用器 拓展光通信和成像应用

通过空气或多模光纤传播的光波可以利用正交空间模式进行图案化或分解，在成像、通信和定向能方面有着广泛的应用。然而，执行这些波前处理的系统既笨重又庞大，因此仅限于高端应用。

最近的一项研究表明，利用三维纳米打印技术开发出的独立式微型光子灯笼空间模式（去）多路复用器标志着光子技术的重大进步。这种空间多路复用器的特点是结构紧凑、占地面积最小，能够直接打印在光子电路、光纤以及激光器和光电探测器等光电元件上，为未来大容量通信系统和高要求成像模式的系统集成和技术应用开辟了新的机遇。

这项工作发表在《光：科学与应用》杂志上。

以色列耶路撒冷希伯来大学应用物理研究所领导的研究团队开发并演示了一种独立式微型“光子灯笼”空间模式复用器。这种微型“光子灯笼”采用激光直写3D纳米打印技术制造而成，可直接应用于光纤尖端。

“光子灯笼”是一种将单模光纤和多模光纤优势特点相结合的新型光子器件，应用在天文光子学、光纤通信模分复用、光纤激光模式控制等领域。“光子灯笼”极大地提升了光纤通信系统的通信容量，也被认为是光学技术与灯具设计的完美结合。它能够利用光的透射原理，将光传递到灯笼内部，发出璀璨的光芒。

图片:new-3d-printed-microsc.jpg

左图：带有嵌入式多芯光纤的陶瓷套管的光纤尖端视图，尖端上有一个300多微米长的3D打印光子灯笼。右图：光子灯笼的放大显微镜视图。

研究人员利用3D纳米打印技术，采用高折射率对比波导，开发出一种紧凑的多功能设备。其能以高精度和高保真度打印到几乎任何固体平台上。这种百微米级的设备，与传统的基于毫米长弱导波导型的“光子灯笼”形成鲜明对比。

这种空间多路复用器具有结构紧凑、占地面积小的特点，能够直接打印并黏附在光子电路、光纤和光电元件上，如激光器和光电探测器。

研究人员在光纤尖端制造出375微米长的“光子灯笼”器件。该器件具有低插入损耗、低波长灵敏度、低偏振损耗以及模式相关损耗的特性。他们表示，这种独立式微尺度“光子灯笼”解复用器的开发，标志着在实现和采用空间复用技术以适应各种光学系统和应用方面的能力。这一成果也为光通信和成像应用开辟了新的可能性。

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