فیزیکدانان در اسرائیل یک عنصر میکرواپتیکی را چاپ کرده اند که یک پرتو پیچ خورده بسل در انتهای یک فیبر نوری ایجاد می کند. دستگاه پلیمری متشکل از یک عدسی سهموی برای تلاقی نور و یک محور مارپیچ است که نور را می‌پیچاند. به گفته محققان، کار آنها نشان می دهد که چگونه عناصری که می توانند اشکال پرتوهای پیچیده ای ایجاد کنند، می توانند در فیبرهای نوری ادغام شوند. چنین دستگاه‌هایی می‌توانند پرتوهای نوری مناسب برای انواع فناوری‌های نوری ارائه دهند.
طیف وسیعی از کاربردها – از جمله ارتباطات، حس و تصویربرداری، به عنوان مثال – بر فیبرهای نوری متکی هستند. نور خروجی از این فیبرها معمولاً با استفاده از عناصر نوری بزرگ دستکاری و هدایت می شود. میکرواپتیک به عنوان راهی برای کاهش اندازه این عناصر، گسترش عملکرد آنها و کاهش هزینه ها دیده می شود. ادغام آنها به طور مستقیم بر روی فیبرهای نوری می تواند سودمند باشد.
شکل دادن نور به پرتوهای بسل، نوعی نور پیچ خورده که حرکت زاویه ای مداری را حمل می کند، به دلیل مقاومت آنها در برابر پراش و عمق تمرکز زیاد، مفید است. اینها ویژگی های امیدوارکننده ای برای کاربردهای مختلف مانند موچین های نوری و پردازش مواد هستند.
شلومی لایتمن، توضیح می‌دهد: «توانایی ایجاد پرتو بسل مستقیماً از فیبر نوری می‌تواند برای دستکاری ذرات یا میکروسکوپ کاهش انتشار تحریک‌شده با فیبر، تکنیکی که تصاویری با وضوح فوق‌العاده تولید می‌کند، استفاده شود». مرکز تحقیقات هسته ای سورق.
پرتوهای بسل اغلب با تمرکز یک پرتو گاوسی از طریق یک عدسی مخروطی شکل به نام axicon ایجاد می شوند. اگرچه عناصر نوری پیچیده ای مانند آکسیکون ها قبلاً به فیبرهای نوری اضافه شده اند، لایتمن و همکارانش می گویند که فرآیندهای ساخت چالش برانگیز هستند. برای ساده کردن فرآیند و کاهش زمان ساخت آنها به نوشتن لیزری مستقیم سه بعدی (3D-DLW) روی آوردند.
در 3D-DLW، یک ماده حساس به نور از طریق فرآیند جذب دو فوتون با استفاده از لیزر فمتوثانیه پلیمریزه می شود. از آنجایی که تنها نواحی کوچکی که در آن جذب دو فوتون رخ می دهد جامد می شوند، این تکنیک امکان ایجاد عناصر سه بعدی با وضوح بالا را فراهم می کند.
این تیم یک دستگاه نوری با ارتفاع 110 میکرومتر و قطر 60 میکرومتر را در انتهای یک فیبر نوری چاپ کردند. این دستگاه شامل یک لنز سهموی با فاصله کانونی 27 میکرومتر و یک محور با یک مخروط به شعاع 30 میکرومتر و ارتفاع 23 میکرومتر بود. عدسی سهمی به گونه ای طراحی شده است که نور پراکنده گسترده از فیبر را تراز کرده و آن را در محور مارپیچ متمرکز کند. آکسیون ساختاری مارپیچ داشت که برای افزودن تکانه زاویه ای مداری به نور طراحی شده بود.
هنگامی که دستگاه چاپ شد، فرآیندی که حدود چهار دقیقه طول کشید، محققان فیبر حاوی دستگاه میکرو نوری را به یک لیزر فیبر متصل کردند. آنها سپس عملکرد آن را با استفاده از یک سیستم اندازه گیری نوری ساخته شده آزمایش کردند.
آنها دریافتند که دستگاه یک پرتو گاوسی-بسل با عرض اولیه 10 میکرومتر تولید می کند. در طول یک فاصله 2 میلی متری، این تا عرض 30 میکرومتر گسترش یافت. به گفته محققان، یک پرتو گاوسی با عرض اولیه یکسان به عرض 270 میکرومتر در همان فاصله خواهد رسید که نشان می دهد پرتو تولید شده توسط دستگاه آنها یک پرتو بدون پراش است.
همچنین مشخص شد که پرتو نور تولید شده توسط عنصر میکرواپتیکی دارای مقدار حرکت زاویه ای مداری 1 است. ħ در هر فوتون، همانطور که انتظار می رود. پرتو لیزر ورودی هیچ تکانه زاویه ای مداری نداشت.
دستگاه های جدید نور پیچ خورده را تولید و تشخیص می دهند
از آنجایی که دستگاه از پلیمرهای آلی حساس به نور چاپ شده بود، محققان نگران بودند که ممکن است در طول زمان آسیب ناشی از لیزر و پایداری مکانیکی محدود شود. زمانی که به تدریج توان لیزر را به حداکثر چگالی نوری 3.8 مگاوات بر سانتی متر افزایش دادند2 هیچ تاثیر آشکاری بر روی خواص تیر وجود ندارد. با این حال، آنها اکنون در حال آزمایش این روش 3D-DLW بر روی مواد هیبریدی حساس به نور هستند که حاوی درصد کمی پلیمر هستند. آنها می گویند که عناصر نوری چاپ شده از چنین موادی می توانند ماندگاری طولانی تری داشته باشند و در برابر قدرت های لیزری بالا مقاومت بیشتری داشته باشند.
این تیم خاطرنشان می کند که این روش چاپ لیزری می تواند برای دستگاه های نوری دیگر نیز استفاده شود. لایتمن می گوید: «روش ساخت ما همچنین می تواند برای ارتقاء یک لنز ارزان قیمت به لنز هوشمند با کیفیت بالاتر با چاپ یک ساختار کوچک هوشمند روی آن استفاده شود.
محققان نتایج خود را در نامه های اپتیک.
