이스라엘의 물리학자들은 광섬유 끝에 꼬인 베셀 빔을 생성하는 미세 광학 요소를 인쇄했습니다. 폴리머 소자는 빛의 시준을 위한 포물선 렌즈와 빛을 비틀어주는 나선형 축으로 구성되어 있다. 연구원들에 따르면 그들의 작업은 정교한 빔 모양을 생성할 수 있는 요소가 광섬유에 통합될 수 있는 방법을 보여줍니다. 이러한 장치는 다양한 광학 기술을 위한 맞춤형 광선을 제공할 수 있습니다.
예를 들어 통신, 감지 및 이미징을 포함한 광범위한 응용 분야는 광섬유에 의존합니다. 이러한 섬유에서 나오는 빛은 일반적으로 대형 광학 요소를 사용하여 조작 및 조정됩니다. 마이크로 광학은 이러한 요소의 크기를 줄이고 기능을 확장하며 비용을 절감하는 방법으로 간주됩니다. 광섬유에 직접 통합하는 것이 특히 유리할 수 있습니다.
궤도 각운동량을 전달하는 꼬인 빛의 일종인 베셀 빔으로 빛을 형성하는 것은 회절에 대한 저항과 초점 심도가 크기 때문에 유리합니다. 이는 광학 핀셋 및 재료 가공과 같은 다양한 응용 분야에서 유망한 특성입니다.
"광섬유에서 직접 Bessel 빔을 생성하는 기능은 입자 조작 또는 초고해상도 이미지를 생성하는 기술인 섬유 통합 유도 방출 고갈 현미경 검사에 사용될 수 있습니다."라고 Shlomi Lightman은 설명합니다. 소렉 핵연구센터.
베셀 빔은 종종 액시콘으로 알려진 원뿔 모양의 렌즈를 통해 가우시안 빔을 집중시켜 생성됩니다. Axicon과 같은 복잡한 광학 요소가 이전에 광섬유에 추가되었지만 Lightman과 동료들은 제조 공정이 까다롭다고 말합니다. 프로세스를 단순화하고 제작 시간을 줄이기 위해 그들은 3D 직접 레이저 쓰기(3D-DLW)로 전환했습니다.
3D-DLW에서는 펨토초 레이저를 사용하여 3광자 흡수 공정을 통해 감광성 물질을 중합합니다. XNUMX광자 흡수가 일어나는 미세한 부분만 고체로 변하기 때문에 고해상도의 XNUMX차원 소자를 만들 수 있는 기술이다.
팀은 광섬유 끝에 110μm 높이, 60μm 직경의 광학 장치를 인쇄했습니다. 이 장치에는 초점 거리가 27μm인 포물면 렌즈와 반지름이 30μm이고 높이가 23μm인 액시콘이 포함되어 있습니다. 포물면 렌즈는 광섬유에서 광범위하게 회절된 빛을 정렬하고 나선형 축축으로 초점을 맞추도록 설계되었습니다. 액시콘은 빛에 궤도 각 운동량을 추가하도록 설계된 나선형 구조를 가졌습니다.
장치가 인쇄되면 약 XNUMX분이 소요되는 프로세스로 연구원들은 미세 광학 장치를 포함하는 섬유를 섬유 레이저에 접합했습니다. 그런 다음 특별히 제작된 광학 측정 시스템을 사용하여 성능을 테스트했습니다.
그들은 장치가 초기 폭이 10μm인 가우시안-베셀 빔을 생성한다는 것을 발견했습니다. 2mm 거리를 따라 30μm 너비로 확장되었습니다. 연구원들에 따르면, 동일한 초기 너비를 가진 가우시안 빔은 동일한 거리에서 270μm의 너비에 도달하여 장치에서 생성된 빔이 회절이 없는 빔임을 입증합니다.
미세광학소자에서 생성된 빛의 빔도 궤도각운동량 값이 1인 것으로 밝혀졌다. ħ 예상대로 광자당. 들어오는 레이저 빔에는 궤도 각 운동량이 없습니다.
새로운 장치는 꼬인 빛을 생성하고 감지합니다.
장치가 유기 감광성 폴리머로 인쇄되었기 때문에 연구원들은 시간이 지남에 따라 레이저 유도 손상과 제한된 기계적 안정성을 겪을 수 있다고 우려했습니다. 레이저 출력을 점진적으로 최대 광학 밀도 3.8MW/cm까지 증가시켰을 때2 빔 특성에 명백한 영향은 없었습니다. 그러나 그들은 현재 낮은 비율의 폴리머를 포함하는 하이브리드 감광성 재료에 대해 이 3D-DLW 방법을 실험하고 있습니다. 이러한 재료로 인쇄된 광학 요소는 수명이 더 길고 높은 레이저 출력에 대한 내성이 더 강할 수 있다고 그들은 말합니다.
팀은 이 레이저 인쇄 기술이 다른 광학 장치에도 사용될 수 있다고 지적합니다. "우리의 제조 방법은 스마트 소형 구조를 인쇄하여 저렴한 렌즈를 고품질 스마트 렌즈로 업그레이드하는 데에도 사용할 수 있습니다."라고 Lightman은 말합니다.
연구원들은 그들의 결과를 광학 편지.
