İsrail'deki fizikçiler, bir optik fiberin ucunda bükülmüş bir Bessel ışını oluşturan bir mikro-optik eleman basmışlardır. Polimer cihaz, ışık kolimasyonu için bir parabolik mercek ve ışığı büken sarmal bir eksenden oluşur. Araştırmacılara göre, çalışmaları, sofistike ışın şekilleri oluşturabilen elementlerin optik fiberlere nasıl entegre edilebileceğini gösteriyor. Bu tür cihazlar, çeşitli optik teknolojiler için uyarlanmış ışık huzmeleri sağlayabilir.
Örneğin iletişim, algılama ve görüntüleme dahil olmak üzere geniş bir uygulama yelpazesi optik fiberlere dayanır. Bu fiberlerden çıkan ışık genellikle büyük optik elemanlar kullanılarak manipüle edilir ve yönlendirilir. Mikro optik, bu elemanların boyutunu küçültmenin, işlevlerini genişletmenin ve maliyetleri düşürmenin bir yolu olarak görülüyor. Bunları doğrudan optik fiberlere entegre etmek özellikle avantajlı olabilir.
Işığı, yörüngesel açısal momentum taşıyan bir tür bükülmüş ışık olan Bessel ışınlarına dönüştürmek, kırınıma karşı dirençleri ve geniş odak derinliği nedeniyle faydalıdır. Bunlar, optik cımbızlar ve malzeme işleme gibi çeşitli uygulamalar için umut verici özelliklerdir.
Shlomi Lightman, "Doğrudan bir optik fiberden bir Bessel ışını oluşturma yeteneği, parçacık manipülasyonu veya süper çözünürlüklü görüntüler üreten bir teknik olan fiberle entegre uyarılmış emisyon tükenme mikroskobu için kullanılabilir" diye açıklıyor. Soreq Nükleer Araştırma Merkezi.
Bessel ışınları genellikle bir Gauss ışınının aksikon olarak bilinen koni biçimli bir mercek aracılığıyla odaklanmasıyla oluşturulur. Optik fiberlere daha önce aksonlar gibi karmaşık optik elementler eklenmiş olsa da Lightman ve meslektaşları, üretim süreçlerinin zorlu olduğunu söylüyor. Süreci basitleştirmek ve üretim süresini azaltmak için 3D doğrudan lazer yazmaya (3D-DLW) yöneldiler.
3D-DLW'de ışığa duyarlı bir malzeme, bir femtosaniye lazer kullanılarak iki fotonlu bir absorpsiyon işlemi yoluyla polimerize edilir. Yalnızca iki foton absorpsiyonunun meydana geldiği küçük alanlar katılaştığından, teknik, yüksek çözünürlüklü 3B öğelerin oluşturulmasını sağlar.
Ekip, bir optik fiberin ucuna 110 µm yüksekliğinde, 60 µm çapında bir optik cihaz yazdırdı. Cihaz, 27 µm odak uzaklığına sahip bir parabolik lens ve 30 µm yarıçaplı ve 23 µm yüksekliğe sahip bir koni içermektedir. Parabolik mercek, fiberden geniş çapta kırılan ışığı hizalamak ve onu sarmal eksene odaklamak için tasarlanmıştır. Axicon, ışığa yörüngesel açısal momentum eklemek için tasarlanmış sarmal bir yapıya sahipti.
Cihaz yaklaşık dört dakika süren bir işlemle yazdırıldıktan sonra, araştırmacılar mikro-optik cihazı içeren fiberi bir fiber lazere bağladılar. Ardından, amaca yönelik bir optik ölçüm sistemi kullanarak performansını test ettiler.
Cihazın başlangıç genişliği 10 µm olan bir Gauss-Bessel ışını ürettiğini buldular. 2 mm'lik bir mesafe boyunca bu, 30 µm genişliğe kadar genişledi. Araştırmacılara göre, aynı başlangıç genişliğine sahip bir Gauss ışını, aynı mesafede 270 µm genişliğe ulaşacak ve bu da cihazları tarafından üretilen ışının kırılmayan bir ışın olduğunu gösterecek.
Mikro-optik eleman tarafından üretilen ışık huzmesinin de yörüngesel açısal momentum değerinin 1 olduğu bulundu. ħ beklendiği gibi foton başına. Gelen lazer ışınının yörünge açısal momentumu yoktu.
Yeni cihazlar bükülmüş ışık üretir ve algılar
Cihaz, ışığa duyarlı organik polimerlerden basıldığı için, araştırmacılar, cihazın lazer kaynaklı hasar görebileceği ve zaman içinde sınırlı mekanik stabiliteye sahip olabileceğinden endişe ediyorlardı. Lazer gücünü kademeli olarak maksimum 3.8 MW/cm optik yoğunluğa yükselttiklerinde2 kiriş özellikleri üzerinde bariz bir etki olmamıştır. Ancak şimdi, düşük oranda polimer içeren hibrit ışığa duyarlı malzemeler üzerinde bu 3D-DLW yöntemini deniyorlar. Bu tür malzemelerden basılan optik elemanların daha uzun raf ömrüne sahip olabileceğini ve yüksek lazer güçlerine karşı daha dirençli olabileceğini söylüyorlar.
Ekip, bu lazer baskı tekniğinin diğer optik cihazlar için de kullanılabileceğini belirtiyor. Lightman, "Üretim yöntemimiz, pahalı olmayan bir lensi, üzerine akıllı küçük bir yapı yazdırarak daha yüksek kaliteli bir akıllı lense yükseltmek için de kullanılabilir" diyor.
Araştırmacılar sonuçlarını Optik Harfler.
