イスラエルの物理学者は、光ファイバーの端にねじれたベッセル ビームを生成するマイクロ光学素子を印刷しました。 ポリマー デバイスは、光をコリメートするためのパラボラ レンズと、光をねじるヘリカル アキシコンで構成されます。 研究者によると、彼らの研究は、洗練されたビーム形状を生成できる要素を光ファイバーに統合する方法を示しています。 このようなデバイスは、さまざまな光学技術に合わせて調整された光ビームを提供できます。
通信、センシング、イメージングなど、幅広いアプリケーションが光ファイバーに依存しています。 これらのファイバーを出る光は、通常、大きな光学素子を使用して操作および操作されます。 マイクロオプティクスは、これらの要素のサイズを縮小し、機能を拡張し、コストを削減する方法と見なされています。 それらを光ファイバーに直接統合することは、特に有利である可能性があります。
軌道角運動量を運ぶねじれた光の一種であるベッセルビームへの光の成形は、回折に対する耐性と大きな焦点深度のために有益です。 これらは、光ピンセットや材料加工など、さまざまな用途に有望な特性です。
「光ファイバーから直接ベッセル ビームを生成する機能は、超解像画像を生成する技術である粒子操作やファイバー統合誘導放出枯渇顕微鏡法に使用できます」と Shlomi Lightman は説明します。 ソレク核研究センター.
ベッセル ビームは、多くの場合、アキシコンとして知られる円錐形のレンズを通してガウス ビームを集束させることによって作成されます。 アキシコンのような複雑な光学要素が以前に光ファイバーに追加されたことはありましたが、ライトマンと同僚は、製造プロセスが困難であると言います。 プロセスを簡素化し、製造時間を短縮するために、彼らは 3D 直接レーザー描画 (3D-DLW) に目を向けました。
3D-DLW では、フェムト秒レーザーを使用した 3 光子吸収プロセスを介して、感光性材料が重合されます。 XNUMX 光子吸収が発生する小さな領域のみが固体になるため、この技術により高解像度の XNUMXD 要素を作成できます。
チームは、光ファイバーの端に高さ 110 µm、直径 60 µm の光学デバイスを印刷しました。 このデバイスには、焦点距離 27 µm の放物線レンズと、半径 30 µm、高さ 23 µm の円錐を持つアキシコンが含まれていました。 放物線レンズは、ファイバーからの広く回折された光を整列させ、らせん状のアキシコンに集光するように設計されています。 アキシコンは、光に軌道角運動量を加えるように設計されたらせん構造を持っていました。
デバイスが印刷されると、プロセスには約 XNUMX 分かかり、研究者はマイクロ光学デバイスを含むファイバーをファイバー レーザーに接続しました。 次に、専用の光学測定システムを使用してその性能をテストしました。
彼らは、デバイスが 10 µm の初期幅を持つガウス ベッセル ビームを生成することを発見しました。 2 mm の距離に沿って、これは 30 μm の幅に拡大しました。 研究者によると、同じ初期幅のガウス ビームは、同じ距離で 270 μm の幅に達し、デバイスによって生成されたビームが回折のないビームであることを示しています。
マイクロ光学素子によって生成された光ビームは、軌道角運動量の値が 1 であることもわかりました。 ħ 予想通り、光子ごと。 入射レーザービームには軌道角運動量がありませんでした。
ねじれた光を生成および検出する新しいデバイス
このデバイスは有機感光性ポリマーから印刷されているため、研究者は、時間の経過とともにレーザーによる損傷や機械的安定性の制限を受ける可能性があることを懸念していました。 レーザー出力を最大光学密度 3.8 MW/cm まで徐々に上げたとき2 ビーム特性への明らかな影響はありませんでした。 しかし、彼らは現在、ポリマーの割合が低いハイブリッド感光性材料でこの 3D-DLW 法を実験しています。 そのような材料から印刷された光学素子は、保存寿命が長くなり、高レーザー出力に対する耐性が高くなる可能性があると彼らは言います。
チームは、このレーザー印刷技術は他の光学デバイスにも使用できると指摘しています。 「私たちの製造方法は、スマートな小さな構造を印刷することで、安価なレンズをより高品質のスマート レンズにアップグレードするためにも使用できます」と Lightman 氏は言います。
研究者はその結果を 光学レター.
