Фізики в Ізраїлі надрукували мікрооптичний елемент, який генерує скручений промінь Бесселя на кінці оптичного волокна. Полімерний пристрій складається з параболічної лінзи для колімації світла та спірального аксикона, який закручує світло. За словами дослідників, їх робота демонструє, як елементи, які можуть генерувати складні форми променя, можуть бути інтегровані в оптичні волокна. Такі пристрої могли б створювати адаптовані світлові промені для різноманітних оптичних технологій.
Оптичні волокна покладаються на широкий спектр застосувань, включаючи зв’язок, зондування та зображення. Світлом, що виходить із цих волокон, зазвичай керують і керують за допомогою великих оптичних елементів. Мікрооптика розглядається як спосіб зменшити розмір цих елементів, розширити їх функції та скоротити витрати. Інтеграція їх безпосередньо в оптичні волокна може бути особливо вигідною.
Формування світла в пучки Бесселя, тип закрученого світла, який передає орбітальний кутовий момент, є вигідним завдяки їх стійкості до дифракції та великій глибині фокусу. Це багатообіцяючі характеристики для різних застосувань, таких як оптичні пінцети та обробка матеріалів.
«Можливість створювати промінь Бесселя безпосередньо з оптичного волокна може бути використана для маніпулювання частинками або інтегрованої у волокно мікроскопії зі стимульованим випромінюванням, техніки, яка створює зображення з надвисокою роздільною здатністю», — пояснює Шломі Лайтман з Центр ядерних досліджень Soreq.
Промені Бесселя часто створюються шляхом фокусування гауссового променя через конусоподібну лінзу, відому як аксікон. Хоча складні оптичні елементи, такі як аксікони, додавалися до оптичних волокон раніше, Лайтман і його колеги кажуть, що процеси виготовлення є складними. Щоб спростити процес і скоротити час виготовлення, вони звернулися до 3D-прямого лазерного запису (3D-DLW).
У 3D-DLW фоточутливий матеріал полімеризується за допомогою процесу двофотонного поглинання за допомогою фемтосекундного лазера. Оскільки лише крихітні ділянки, де відбувається двофотонне поглинання, стають твердими, ця техніка дозволяє створювати 3D-елементи з високою роздільною здатністю.
Команда надрукувала оптичний пристрій висотою 110 мкм і діаметром 60 мкм на кінці оптичного волокна. Прилад включав параболічну лінзу з фокусною відстанню 27 мкм і аксикон з конусом радіусом 30 мкм і висотою 23 мкм. Параболічна лінза була розроблена для вирівнювання широко дифрагованого світла від волокна та фокусування його в спіральному аксиконі. Аксікон мав гвинтову структуру, призначену для додавання світлу орбітального кутового моменту.
Коли пристрій було надруковано, процес тривав близько чотирьох хвилин, дослідники з’єднали волокно, що містить мікрооптичний пристрій, із волоконним лазером. Потім вони перевірили його продуктивність за допомогою спеціально розробленої оптичної вимірювальної системи.
Вони виявили, що пристрій генерує промінь Гаусса-Бесселя з початковою шириною 10 мкм. На відстані 2 мм він розширювався до 30 мкм. За словами дослідників, промінь Гауса з однаковою початковою шириною досягне ширини 270 мкм на тій же відстані, демонструючи, що промінь, створений їхнім пристроєм, є променем без дифракції.
Було також встановлено, що промінь світла, створюваний мікрооптичним елементом, має значення орбітального кутового моменту 1 ħ на фотон, як і очікувалося. Вхідний лазерний промінь не мав орбітального кутового моменту.
Нові пристрої виробляють і виявляють спотворене світло
Оскільки пристрій було надруковано з органічних світлочутливих полімерів, дослідники були стурбовані тим, що з часом він може пошкодитися лазером і матиме обмежену механічну стабільність. Коли вони поступово збільшували потужність лазера до максимальної оптичної щільності 3.8 МВт/см2 не було явного впливу на властивості пучка. Однак зараз вони експериментують із цим методом 3D-DLW на гібридних фоточутливих матеріалах, які містять низький відсоток полімеру. Вони кажуть, що оптичні елементи, надруковані з таких матеріалів, можуть мати довший термін зберігання та бути більш стійкими до високої потужності лазера.
Команда зазначає, що цю техніку лазерного друку також можна використовувати для інших оптичних пристроїв. «Наш метод виготовлення також можна використовувати для оновлення недорогого об’єктива до більш якісного розумного об’єктива, надрукувавши на ньому розумну невелику структуру», — говорить Лайтман.
Дослідники повідомляють про свої результати в Оптика Букви.
