طبع الفيزيائيون في إسرائيل عنصرًا بصريًا دقيقًا يولد حزمة بيسيل ملتوية في نهاية الألياف الضوئية. يتكون جهاز البوليمر من عدسة مكافئة لتوازي الضوء ومحور حلزوني يلف الضوء. وفقًا للباحثين ، يوضح عملهم كيف يمكن دمج العناصر التي يمكن أن تولد أشكالًا متطورة للحزم في الألياف الضوئية. يمكن أن توفر مثل هذه الأجهزة أشعة ضوئية مخصصة لمجموعة متنوعة من التقنيات البصرية.
تعتمد مجموعة كبيرة من التطبيقات - بما في ذلك الاتصالات والاستشعار والتصوير ، على سبيل المثال - على الألياف الضوئية. عادة ما يتم معالجة الضوء الخارج من هذه الألياف وتوجيهه باستخدام عناصر بصرية كبيرة. يُنظر إلى البصريات الدقيقة على أنها طريقة لتقليل حجم هذه العناصر وتوسيع وظائفها وخفض التكاليف. قد يكون دمجها مباشرة على الألياف الضوئية مفيدًا بشكل خاص.
يعد تشكيل الضوء في أشعة Bessel ، وهو نوع من الضوء الملتوي الذي يحمل الزخم الزاوي المداري ، مفيدًا نظرًا لمقاومتها للانعراج وعمق التركيز الكبير. هذه خصائص واعدة للعديد من التطبيقات مثل الملاقط البصرية ومعالجة المواد.
يوضح شلومي لايتمان ، في مركز سوريك للأبحاث النووية.
غالبًا ما يتم إنشاء حزم Bessel عن طريق تركيز شعاع Gaussian من خلال عدسة مخروطية الشكل تُعرف باسم axicon. على الرغم من إضافة عناصر بصرية معقدة مثل المحاور إلى الألياف الضوئية من قبل ، يقول لايتمان وزملاؤه إن عمليات التصنيع تمثل تحديًا. لتبسيط العملية وتقليل وقت التصنيع ، تحولوا إلى الكتابة بالليزر المباشر ثلاثي الأبعاد (3D-DLW).
في 3D-DLW ، تتم بلمرة مادة حساسة للضوء عبر عملية امتصاص ثنائية الفوتون باستخدام ليزر فيمتوثانية. نظرًا لأن المساحات الصغيرة فقط حيث يحدث امتصاص الفوتونين تصبح صلبة ، فإن هذه التقنية تتيح إنشاء عناصر ثلاثية الأبعاد عالية الدقة.
قام الفريق بطباعة جهاز بصري بارتفاع 110 ميكرون وقطر 60 ميكرومتر على نهاية ألياف بصرية. تضمن الجهاز عدسة مكافئة بطول بؤري 27 ميكرومتر ومحور مع مخروط نصف قطر 30 ميكرومتر وارتفاع 23 ميكرومتر. تم تصميم العدسة المكافئة لمحاذاة الضوء المنعرج على نطاق واسع من الألياف وتركيزه في المحور الحلزوني. كان للمحور هيكل حلزوني مصمم لإضافة زخم زاوية مداري للضوء.
بمجرد طباعة الجهاز ، وهي عملية استغرقت حوالي أربع دقائق ، قام الباحثون بتقسيم الألياف التي تحتوي على الجهاز البصري الدقيق إلى ليزر ليفي. ثم اختبروا أدائه باستخدام نظام قياس بصري مصمم لهذا الغرض.
ووجدوا أن الجهاز أنتج شعاعًا من Gaussian-Bessel بعرض أولي يبلغ 10 ميكرومتر. على مسافة 2 مم ، تم توسيع هذا إلى عرض 30 ميكرومتر. وفقًا للباحثين ، فإن الحزمة الغوسية ذات العرض الأولي المتطابق ستصل إلى عرض 270 ميكرومتر على نفس المسافة ، مما يدل على أن الشعاع الناتج عن جهازهم عبارة عن حزمة خالية من الانكسار.
وُجد أيضًا أن شعاع الضوء الناتج عن العنصر البصري الدقيق له قيمة زخم زاوي مداري تبلغ 1 ħ لكل فوتون ، كما هو متوقع. لم يكن لشعاع الليزر الوارد زخم زاوي مداري.
أجهزة جديدة تنتج وتكتشف الضوء الملتوي
نظرًا لأن الجهاز طُبع من بوليمرات عضوية حساسة للضوء ، فقد كان الباحثون قلقين من أنه قد يعاني من تلف ناتج عن الليزر واستقرار ميكانيكي محدود بمرور الوقت. عندما قاموا بزيادة طاقة الليزر تدريجيًا إلى أقصى كثافة بصرية تبلغ 3.8 ميجاوات / سم2 لم يكن هناك تأثير واضح على خصائص الحزمة. ومع ذلك ، فإنهم الآن يقومون بتجربة طريقة 3D-DLW هذه على مواد هجينة حساسة للضوء تحتوي على نسبة منخفضة من البوليمر. ويقولون إن العناصر البصرية المطبوعة من مثل هذه المواد يمكن أن يكون لها عمر تخزين أطول وتكون أكثر مقاومة لطاقات الليزر العالية.
يلاحظ الفريق أن تقنية الطباعة بالليزر هذه يمكن أن تستخدم أيضًا للأجهزة البصرية الأخرى. يقول لايتمان: "يمكن أيضًا استخدام طريقة التصنيع لدينا لترقية عدسة غير مكلفة إلى عدسة ذكية عالية الجودة من خلال طباعة هيكل صغير ذكي عليها".
أبلغ الباحثون عن نتائجهم في رسائل البصريات.
