Fisikawan di Israel telah mencetak elemen mikro-optik yang menghasilkan sinar Bessel yang terpilin di ujung serat optik. Perangkat polimer terdiri dari lensa parabola untuk kolimasi cahaya dan aksikon heliks yang memutar cahaya. Menurut para peneliti, pekerjaan mereka menunjukkan bagaimana elemen yang dapat menghasilkan bentuk sinar yang canggih dapat diintegrasikan ke dalam serat optik. Perangkat tersebut dapat memberikan sinar cahaya yang disesuaikan untuk berbagai teknologi optik.
Berbagai macam aplikasi – termasuk komunikasi, penginderaan dan pencitraan, misalnya – bergantung pada serat optik. Cahaya yang keluar dari serat ini biasanya dimanipulasi dan dikendalikan menggunakan elemen optik besar. Mikro-optik dipandang sebagai cara untuk mengurangi ukuran elemen-elemen ini, memperluas fungsinya dan memangkas biaya. Mengintegrasikannya langsung ke serat optik bisa sangat bermanfaat.
Membentuk cahaya menjadi berkas Bessel, sejenis cahaya bengkok yang membawa momentum sudut orbital, bermanfaat karena ketahanannya terhadap difraksi dan kedalaman fokus yang besar. Ini merupakan karakteristik yang menjanjikan untuk berbagai aplikasi seperti pinset optik dan pemrosesan material.
“Kemampuan untuk membuat sinar Bessel langsung dari serat optik dapat digunakan untuk manipulasi partikel atau mikroskop penipisan emisi terstimulasi yang terintegrasi dengan serat, sebuah teknik yang menghasilkan gambar beresolusi super,” jelas Shlomi Lightman, di Pusat Penelitian Nuklir Soreq.
Sinar Bessel sering kali dibuat dengan memfokuskan sinar Gaussian melalui lensa berbentuk kerucut yang dikenal sebagai akson. Meskipun elemen optik kompleks seperti akson telah ditambahkan ke serat optik sebelumnya, Lightman dan rekannya mengatakan bahwa proses fabrikasinya menantang. Untuk menyederhanakan proses dan mengurangi waktu fabrikasi, mereka beralih ke penulisan laser langsung 3D (3D-DLW).
Dalam 3D-DLW, bahan fotosensitif dipolimerisasi melalui proses penyerapan dua foton menggunakan laser femtosecond. Karena hanya area kecil tempat terjadinya penyerapan dua foton yang berubah menjadi padat, teknik ini memungkinkan terciptanya elemen 3D resolusi tinggi.
Tim mencetak perangkat optik dengan tinggi 110 µm dan diameter 60 µm di ujung serat optik. Perangkat tersebut dilengkapi lensa parabola dengan panjang fokus 27 µm dan akson dengan radius kerucut 30 µm dan tinggi 23 µm. Lensa parabola dirancang untuk menyelaraskan cahaya yang terdifraksi luas dari serat dan memfokuskannya ke aksikon heliks. Aksikon memiliki struktur heliks yang dirancang untuk menambahkan momentum sudut orbital pada cahaya.
Setelah perangkat tersebut dicetak, sebuah proses yang memakan waktu sekitar empat menit, para peneliti menyambungkan serat yang berisi perangkat mikro-optik ke laser serat. Mereka kemudian menguji kinerjanya menggunakan sistem pengukuran optik yang dibuat khusus.
Mereka menemukan bahwa perangkat tersebut menghasilkan sinar Gaussian–Bessel dengan lebar awal 10 µm. Sepanjang jarak 2 mm, ini diperluas hingga lebar 30 µm. Menurut para peneliti, berkas Gaussian dengan lebar awal yang identik akan mencapai lebar 270 µm pada jarak yang sama, menunjukkan bahwa berkas yang dihasilkan oleh perangkat mereka adalah berkas bebas difraksi.
Berkas cahaya yang dihasilkan oleh elemen mikrooptik juga ditemukan memiliki nilai momentum sudut orbital sebesar 1 ħ per foton, seperti yang diharapkan. Sinar laser yang masuk tidak memiliki momentum sudut orbital.
Perangkat baru menghasilkan dan mendeteksi cahaya bengkok
Karena perangkat tersebut dicetak dari polimer fotosensitif organik, para peneliti khawatir perangkat tersebut mungkin mengalami kerusakan akibat laser dan stabilitas mekanis yang terbatas seiring berjalannya waktu. Ketika mereka secara bertahap meningkatkan kekuatan laser hingga kepadatan optik maksimum 3.8 MW/cm2 tidak ada dampak yang jelas pada sifat balok. Namun mereka sekarang bereksperimen dengan metode 3D-DLW ini pada bahan fotosensitif hibrid yang mengandung persentase polimer yang rendah. Elemen optik yang dicetak dari bahan semacam itu mungkin memiliki umur simpan yang lebih lama dan lebih tahan terhadap kekuatan laser yang tinggi, kata mereka.
Tim mencatat bahwa teknik pencetakan laser ini juga dapat digunakan untuk perangkat optik lainnya. “Metode fabrikasi kami juga dapat digunakan untuk meningkatkan lensa murah menjadi lensa cerdas berkualitas lebih tinggi dengan mencetak struktur kecil cerdas di atasnya,” kata Lightman.
Para peneliti melaporkan hasilnya di Surat Optik.
