Iisraeli füüsikud on printinud mikro-optilise elemendi, mis tekitab optilise kiu otsa keeratud Besseli kiire. Polümeerseade koosneb paraboolläätsest valguse kollimeerimiseks ja spiraalsest aksikoonist, mis valgust keerab. Teadlaste sõnul näitab nende töö, kuidas keerukaid valgusvihu tekitavaid elemente saab integreerida optilistesse kiududesse. Sellised seadmed võivad pakkuda kohandatud valgusvihku mitmesuguste optiliste tehnoloogiate jaoks.
Optilistele kiududele tuginevad paljud rakendused, sealhulgas side, andur ja pildistamine. Nendest kiududest väljuvat valgust manipuleeritakse ja juhitakse tavaliselt suurte optiliste elementide abil. Mikrooptikat nähakse võimalusena vähendada nende elementide suurust, laiendada nende funktsiooni ja vähendada kulusid. Eriti kasulik võib olla nende integreerimine otse optiliste kiududega.
Valguse kujundamine Besseli kiirteks, mis on teatud tüüpi keerdvalgus, mis kannab orbiidi nurkmomenti, on kasulik tänu nende difraktsioonikindlusele ja suurele fookussügavusele. Need on paljutõotavad omadused mitmesuguste rakenduste jaoks, nagu optilised pintsetid ja materjalitöötlus.
"Võime luua Besseli kiirt otse optilisest kiust saab kasutada osakeste manipuleerimiseks või kiududega integreeritud stimuleeritud emissiooni kahanemise mikroskoopiaks, tehnikaks, mis toodab ülieraldusvõimega pilte," selgitab Shlomi Lightman. Soreqi tuumauuringute keskus.
Besseli kiired luuakse sageli Gaussi kiirte fokuseerimisel läbi koonusekujulise läätse, mida tuntakse aksikoonina. Kuigi optilistele kiududele on varem lisatud keerulisi optilisi elemente, nagu aksikoonid, on Lightmani ja kolleegide sõnul valmistamisprotsessid keerulised. Protsessi lihtsustamiseks ja tootmisaja lühendamiseks kasutasid nad 3D otselaserkirjutamist (3D-DLW).
3D-DLW-s polümeriseeritakse valgustundlik materjal kahe fotoni neeldumisprotsessi kaudu, kasutades femtosekundilist laserit. Kuna ainult väikesed alad, kus toimub kahe footoni neeldumine, muutuvad tahkeks, võimaldab see tehnika luua kõrge eraldusvõimega 3D-elemente.
Töörühm trükkis optilise kiu otsa 110 µm kõrguse ja 60 µm läbimõõduga optilise seadme. Seade sisaldas paraboolläätse fookuskaugusega 27 µm ja aksikooni raadiusega 30 µm ja kõrgusega 23 µm. Paraboollääts oli mõeldud kiust laialdaselt hajuva valguse joondamiseks ja selle fokuseerimiseks spiraalsesse teljesse. Aksikoonil oli spiraalne struktuur, mis oli mõeldud valgusele orbiidi nurkmomenti lisamiseks.
Pärast seadme printimist, mis kestis umbes neli minutit, ühendasid teadlased mikro-optilist seadet sisaldava kiu kiudlaseriga. Seejärel testisid nad selle jõudlust spetsiaalse optilise mõõtesüsteemi abil.
Nad leidsid, et seade genereeris Gaussi-Besseli kiire alglaiusega 10 µm. 2 mm kaugusel laienes see 30 µm laiuseks. Teadlaste sõnul ulatub identse alglaiusega Gaussi kiir sama vahemaa tagant 270 µm laiuseks, mis näitab, et nende seadme tekitatud kiir on difraktsioonivaba kiir.
Samuti leiti, et mikro-optilise elemendi tekitatud valguskiire orbiidi nurkimpulss on 1 ħ ootuspäraselt footoni kohta. Sissetuleval laserkiirel polnud orbiidi nurkmomenti.
Uued seadmed toodavad ja tuvastavad keerdvalgust
Kuna seade trükiti orgaanilistest valgustundlikest polümeeridest, tundsid teadlased muret, et see võib aja jooksul saada laseri poolt põhjustatud kahjustusi ja piiratud mehaanilist stabiilsust. Kui nad suurendasid järk-järgult laseri võimsust maksimaalse optilise tiheduseni 3.8 MW/cm2 tala omadustele ilmset mõju ei olnud. Nüüd aga katsetavad nad seda 3D-DLW meetodit hübriidsete valgustundlike materjalidega, mis sisaldavad vähe polümeeri. Nende sõnul võivad sellistest materjalidest trükitud optilistel elementidel olla pikem säilivusaeg ja need võivad olla vastupidavamad suurele laservõimsusele.
Meeskond märgib, et seda laserprintimise tehnikat saab kasutada ka teiste optiliste seadmete jaoks. "Meie valmistamismeetodit saab kasutada ka odava objektiivi täiustamiseks kvaliteetsemaks nutikaks objektiiviks, printides sellele nutika väikese struktuuri, " ütleb Lightman.
Teadlased teatavad oma tulemustest aastal Optika kirjad.
