研究人员在光纤末端制造微米级光学器件

研究人员表明，3D激光打印可以直接在光纤末端制造高质量、复杂的聚合物光学器件。这种微光学器件的细节比头发的直径还小，可以提供一种极其紧凑、廉价的方法来为各种应用定制光束。

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3D打印的复杂聚合物光学器件

在论文中，研究人员描述了他们是如何在光纤上直接制造微型多分量光束整形器的。该装置将普通激光转化为扭曲的贝塞尔光束，该光束携带轨道角动量，不会像典型光束那样在空间中膨胀。研究人员们在不到5分钟的时间内制作出了整个微光学器件，光纤和微型光学设备的价格不到100美元，大约是执行类似功能的标准显微镜物镜价格的十分之一。

“直接从光纤产生贝塞尔光束的能力可用于粒子操纵或光纤集成受激发射损耗STED显微镜，这是一种产生超分辨率图像的技术。我们的制造方法还可以通过在廉价透镜上打印智能小结构，将其升级为更高质量的智能透镜。”研究人员们解释说。

精确规划

为了制造这种微小的光学器件，研究人员使用了一种叫做3D直接激光打印的制造技术，带有飞秒脉冲的激光束在光敏光学材料中产生双光子吸收。只有发生双光子吸收的微小材料会变为固体，这提供了一种创建高分辨率3D结构的方法。

虽然这种3D直接激光打印已经使用了一段时间，但如果要在光纤端头上制作这样小的光学元件时，会很难获得正确的比例。研究人员解释说：“在开始制造过程之前，我们通过进行高精度的2D和3D模拟，克服了这个障碍，此外，我们必须仔细考虑如何将光学元件相互集成，然后将其与光纤芯对齐。”

在经过模拟和精心规划后，研究人员使用商业3D直接激光写入系统和高光学质量光敏聚合物，在单模光纤末端打印出了直径为60微米、高度为110微米的光学设备。该装置包括用于光线准直的抛物面透镜和用于扭曲光线的螺旋轴棱镜。

光的传播质量

为了分析制作的光学器件的质量，研究人员建立了一个光学测量系统，以捕获修改后的光纤传输的整形光束。他们在光束中观察到非常低的衍射，这意味着它可以用于STED显微镜和粒子操作等应用。

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光学测量系统

研究人员还发现，激光功率如果达到接近10 MW/cm²就会损坏制作的微光学器件。这表明，即使该装置是由聚合物制成的，聚合物比玻璃更容易受到高功率的热损伤，它仍然可以用来产生相对较高的激光功率。

现在，研究人员已经证明，使用这种直接3D激光打印方法可以创建精确的多元素微光学，他们正在使用含有低比例聚合物的混合光敏材料进行实验。与聚合物材料相比，这些材料可以生产出质量更高的光学元件，这些光学元件的保质期更长，对高激光功率的耐受性更强。

相关链接：https://phys.org/news/2022-10-fabricate-tiny-multi-component-shaper-optical.html

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