פיזיקאים בישראל הדפיסו אלמנט מיקרו-אופטי שיוצר אלומת Bessel מפותלת על קצה סיב אופטי. מכשיר הפולימר מורכב מעדשה פרבולית לקולימציה של אור ומציר סלילי שמסובב את האור. לדברי החוקרים, עבודתם מדגימה כיצד ניתן לשלב אלמנטים שיכולים ליצור צורות אלומה מתוחכמות בסיבים אופטיים. מכשירים כאלה יכולים לספק קרני אור מותאמות למגוון טכנולוגיות אופטיות.
מגוון רחב של יישומים - כולל תקשורת, חישה והדמיה, למשל - מסתמכים על סיבים אופטיים. אור היוצא מסיבים אלו מטופל ומנווט בדרך כלל באמצעות אלמנטים אופטיים גדולים. מיקרו-אופטיקה נתפסת כדרך להקטין את גודלם של אלמנטים אלו, להרחיב את תפקידם ולצמצם עלויות. שילובם ישירות על סיבים אופטיים עשוי להיות יתרון במיוחד.
עיצוב אור לתוך קרני Bessel, סוג של אור מעוות הנושא תנע זוויתי מסלולי, מועיל בשל עמידותם בפני עקיפה ועומק מיקוד גדול. אלו הם מאפיינים מבטיחים ליישומים שונים כמו פינצטה אופטית ועיבוד חומרים.
"היכולת ליצור אלומת Bessel ישירות מסיב אופטי יכולה לשמש למניפולציה של חלקיקים או למיקרוסקופ של דלדול פליטה מגורה משולבת בסיבים, טכניקה שמייצרת תמונות ברזולוציה על", מסביר שלומי לייטמן, ב- מרכז שורק למחקר גרעיני.
קרני בסל נוצרות לעתים קרובות על ידי מיקוד קרן גאוס דרך עדשה בצורת חרוט המכונה אקסיקון. למרות שאלמנטים אופטיים מורכבים כמו צירים נוספו לסיבים אופטיים בעבר, לייטמן ועמיתיו אומרים שתהליכי הייצור הם מאתגרים. כדי לפשט את התהליך ולצמצם את זמן הייצור הם פנו לכתיבת לייזר ישירה בתלת מימד (3D-DLW).
ב-3D-DLW, חומר רגיש לאור עובר פילמור באמצעות תהליך קליטת שני פוטונים באמצעות לייזר פמט-שניות. מכיוון שרק האזורים הזעירים שבהם מתרחשת קליטת שני פוטונים הופכים למוצקים, הטכניקה מאפשרת יצירת אלמנטים תלת מימדיים ברזולוציה גבוהה.
הצוות הדפיס מכשיר אופטי בגובה 110 מיקרומטר בקוטר 60 מיקרומטר על קצה סיב אופטי. המכשיר כלל עדשה פרבולית בעלת אורך מוקד של 27 מיקרומטר וציר עם חרוט ברדיוס 30 מיקרומטר וגובה של 23 מיקרומטר. העדשה הפרבולית תוכננה ליישר את האור המפוזר באופן נרחב מהסיב ולמקד אותו לאקסיקון הסליל. לאקסיקון היה מבנה סלילי שנועד להוסיף תנע זוויתי מסלולי לאור.
לאחר שהמכשיר הודפס, תהליך שנמשך כארבע דקות, חיברו החוקרים את הסיב המכיל את המכשיר המיקרו-אופטי ללייזר סיב. לאחר מכן הם בדקו את הביצועים שלו באמצעות מערכת מדידה אופטית ייעודית.
הם גילו שהמכשיר יצר אלומת גאוס-בסל עם רוחב התחלתי של 10 מיקרומטר. לאורך מרחק של 2 מ"מ, זה התרחב לרוחב של 30 מיקרומטר. לדברי החוקרים, אלומה גאוסית עם רוחב התחלתי זהה תגיע לרוחב של 270 מיקרומטר באותו מרחק, מה שמוכיח שהקרן המופקת מהמכשיר שלהם היא אלומה נטולת עקיפה.
קרן האור המופקת על ידי האלמנט המיקרו-אופטי נמצאה גם כבעלת ערך תנע זוויתי מסלולי של 1 ħ לפוטון, כצפוי. לקרן הלייזר הנכנסת לא הייתה תנע זוויתי מסלולי.
מכשירים חדשים מייצרים ומזהים אור מעוות
מכיוון שהמכשיר הודפס מפולימרים אורגניים רגישים לאור, החוקרים חששו שהוא עלול לסבול מנזק שנגרם על ידי לייזר ויציבות מכנית מוגבלת לאורך זמן. כאשר הם הגדילו בהדרגה את כוח הלייזר לצפיפות אופטית מקסימלית של 3.8 MW/cm2 לא הייתה השפעה ברורה על מאפייני הקורה. אולם כעת הם מתנסים בשיטת 3D-DLW זו על חומרים היברידיים רגישים לאור המכילים אחוז נמוך של פולימר. אלמנטים אופטיים המודפסים מחומרים כאלה יכולים להיות בעלי חיי מדף ארוכים יותר ולהיות עמידות רבה יותר בפני כוחות לייזר גבוהים, הם אומרים.
הצוות מציין שטכניקת הדפסת לייזר זו יכולה לשמש גם עבור מכשירים אופטיים אחרים. "שיטת הייצור שלנו יכולה לשמש גם כדי לשדרג עדשה זולה לעדשה חכמה באיכות גבוהה יותר על ידי הדפסת מבנה קטן וחכם עליה", אומר לייטמן.
החוקרים מדווחים על תוצאותיהם ב מכתבי אופטיקה.
