นักฟิสิกส์ในอิสราเอลพิมพ์ชิ้นส่วนไมโครออปติคัลที่สร้างลำแสง Bessel ที่บิดเบี้ยวที่ส่วนท้ายของใยแก้วนำแสง อุปกรณ์โพลิเมอร์ประกอบด้วยเลนส์พาราโบลาสำหรับการเรียงแสงและแกนเกลียวที่บิดแสง นักวิจัยกล่าวว่างานของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบที่สามารถสร้างรูปทรงลำแสงที่ซับซ้อนสามารถรวมเข้ากับใยแก้วนำแสงได้อย่างไร อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถให้ลำแสงที่ปรับแต่งได้สำหรับเทคโนโลยีออปติคอลที่หลากหลาย
การใช้งานที่หลากหลาย เช่น การสื่อสาร การตรวจจับ และการถ่ายภาพ ต้องอาศัยใยแก้วนำแสง แสงที่ออกจากเส้นใยเหล่านี้มักจะถูกควบคุมและควบคุมโดยใช้องค์ประกอบออปติกขนาดใหญ่ ไมโครออปติกถูกมองว่าเป็นวิธีการลดขนาดขององค์ประกอบเหล่านี้ ขยายการทำงาน และลดค่าใช้จ่าย การรวมเข้าด้วยกันโดยตรงบนใยแก้วนำแสงอาจเป็นประโยชน์อย่างยิ่ง
การสร้างแสงให้เป็นลำแสง Bessel ซึ่งเป็นแสงบิดประเภทหนึ่งที่มีโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจร มีประโยชน์เนื่องจากความต้านทานต่อการเลี้ยวเบนและความชัดลึกที่มาก สิ่งเหล่านี้เป็นคุณสมบัติที่มีแนวโน้มสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย เช่น คีมคีบแบบออปติคอลและการแปรรูปวัสดุ
“ความสามารถในการสร้างลำแสง Bessel โดยตรงจากใยแก้วนำแสงสามารถใช้สำหรับการจัดการอนุภาคหรือกล้องจุลทรรศน์กระตุ้นการปลดปล่อยสารกระตุ้นที่ปล่อยใยแก้วซึ่งเป็นเทคนิคที่สร้างภาพที่มีความละเอียดสูง” Shlomi Lightman อธิบายที่ ศูนย์วิจัยนิวเคลียร์ Soreq.
ลำแสงเบสเซลมักจะสร้างขึ้นโดยการโฟกัสลำแสงแบบเกาส์เซียนผ่านเลนส์รูปทรงกรวยที่เรียกว่าแอกซิคอน แม้ว่าก่อนหน้านี้จะมีการเพิ่มองค์ประกอบทางแสงที่ซับซ้อน เช่น แอกซิคอนเข้าไปในเส้นใยแก้วนำแสง แต่ไลท์แมนและเพื่อนร่วมงานกล่าวว่ากระบวนการผลิตเป็นสิ่งที่ท้าทาย เพื่อให้กระบวนการง่ายขึ้นและลดเวลาในการผลิต พวกเขาจึงหันมาใช้การเขียนด้วยเลเซอร์โดยตรงแบบ 3 มิติ (3D-DLW)
ใน 3D-DLW วัสดุที่ไวต่อแสงจะถูกพอลิเมอไรเซชันผ่านกระบวนการดูดกลืนโฟตอนแบบ 3 โฟตอนโดยใช้เลเซอร์เฟมโตวินาที เนื่องจากพื้นที่เล็กๆ ที่มีการดูดกลืนโฟตอน XNUMX โฟตอนกลายเป็นของแข็ง เทคนิคนี้จึงช่วยให้สามารถสร้างองค์ประกอบ XNUMX มิติที่มีความละเอียดสูงได้
ทีมงานพิมพ์อุปกรณ์ออปติคอลสูง 110 µm เส้นผ่านศูนย์กลาง 60 µm ที่ปลายไฟเบอร์ออปติก อุปกรณ์ดังกล่าวประกอบด้วยเลนส์พาราโบลาที่มีความยาวโฟกัส 27 µm และแกนรูปกรวยที่มีรัศมี 30 µm และสูง 23 µm เลนส์พาราโบลาได้รับการออกแบบมาเพื่อจัดแสงที่กระจายแสงอย่างกว้างขวางจากเส้นใยและโฟกัสไปที่แกนเกลียว แอกซิคอนมีโครงสร้างแบบเกลียวที่ออกแบบมาเพื่อเพิ่มโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจรให้กับแสง
เมื่ออุปกรณ์ถูกพิมพ์ออกมา ซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้เวลาประมาณสี่นาที นักวิจัยได้ประกบเส้นใยที่มีอุปกรณ์ไมโครออปติคัลเข้ากับไฟเบอร์เลเซอร์ จากนั้นจึงทดสอบประสิทธิภาพโดยใช้ระบบวัดแสงที่สร้างขึ้นตามวัตถุประสงค์
พวกเขาพบว่าอุปกรณ์ดังกล่าวสร้างลำแสง Gaussian–Bessel ที่มีความกว้างเริ่มต้นที่ 10 µm ตามระยะ 2 มม. จะขยายเป็นความกว้าง 30 µm นักวิจัยกล่าวว่าลำแสง Gaussian ที่มีความกว้างเริ่มต้นเท่ากันจะมีความกว้างถึง 270 µm ในระยะทางที่เท่ากัน ซึ่งแสดงให้เห็นว่าลำแสงที่ผลิตโดยอุปกรณ์นี้เป็นลำแสงที่ปราศจากการเลี้ยวเบน
นอกจากนี้ลำแสงที่ผลิตโดยองค์ประกอบไมโครออปติคัลยังพบว่ามีค่าโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจรเท่ากับ 1 ħ ต่อโฟตอนตามที่คาดไว้ ลำแสงเลเซอร์ที่เข้ามาไม่มีโมเมนตัมเชิงมุมในวงโคจร
อุปกรณ์ใหม่ผลิตและตรวจจับแสงที่บิดเบี้ยว
เนื่องจากอุปกรณ์นี้พิมพ์จากโพลิเมอร์อินทรีย์ที่ไวต่อแสง นักวิจัยจึงกังวลว่าอุปกรณ์อาจได้รับความเสียหายจากเลเซอร์และความเสถียรเชิงกลที่จำกัดเมื่อเวลาผ่านไป เมื่อค่อยๆ เพิ่มกำลังแสงเลเซอร์จนมีความหนาแน่นของแสงสูงสุดที่ 3.8 เมกะวัตต์/ซม2 ไม่มีผลกระทบต่อคุณสมบัติของลำแสงอย่างชัดเจน อย่างไรก็ตาม ขณะนี้พวกเขากำลังทดลองด้วยวิธี 3D-DLW นี้กับวัสดุไวแสงแบบไฮบริดที่มีโพลิเมอร์ในเปอร์เซ็นต์ต่ำ องค์ประกอบออปติคัลที่พิมพ์จากวัสดุดังกล่าวอาจมีอายุการเก็บรักษาที่ยาวนานกว่าและทนทานต่อกำลังแสงเลเซอร์สูง
ทีมงานตั้งข้อสังเกตว่าเทคนิคการพิมพ์ด้วยเลเซอร์นี้สามารถนำไปใช้กับอุปกรณ์ออปติกอื่นๆ ได้เช่นกัน “วิธีการประดิษฐ์ของเรายังสามารถใช้เพื่ออัปเกรดเลนส์ราคาไม่แพงให้เป็นเลนส์อัจฉริยะคุณภาพสูงขึ้นได้ด้วยการพิมพ์โครงสร้างขนาดเล็กอัจฉริยะลงบนเลนส์” Lightman กล่าว
ผู้วิจัยรายงานผลการวิจัยใน จดหมายเลนส์.
