以色列的物理学家印刷了一种微型光学元件，可以在光纤末端产生扭曲的贝塞尔光束。 聚合物装置由一个用于光准直的抛物面透镜和一个扭曲光的螺旋轴棱镜组成。 据研究人员称，他们的工作展示了如何将能够产生复杂光束形状的元素集成到光纤中。 这样的设备可以为各种光学技术提供定制光束。
包括通信、传感和成像在内的广泛应用都依赖于光纤。 从这些光纤射出的光通常使用大型光学元件进行控制和控制。 微光学被视为缩小这些元件尺寸、扩展其功能和降低成本的一种方式。 将它们直接集成到光纤上可能特别有利。
将光整形为贝塞尔光束（一种携带轨道角动量的扭曲光）是有益的，因为它们具有抗衍射性和大焦深。 这些是光镊和材料加工等各种应用的有前途的特性。
“直接从光纤创建贝塞尔光束的能力可用于粒子操纵或光纤集成受激发射耗尽显微镜，这是一种产生超分辨率图像的技术，”Shlomi Lightman 解释说，在 Soreq核研究中心.
贝塞尔光束通常是通过一个称为轴棱镜的锥形透镜聚焦高斯光束而产生的。 虽然像轴棱锥这样的复杂光学元件以前已经被添加到光纤中，但莱特曼和他的同事说制造过程具有挑战性。 为了简化流程并减少制造时间，他们转向了 3D 直接激光写入 (3D-DLW)。
在 3D-DLW 中，光敏材料通过使用飞秒激光的双光子吸收过程聚合。 由于只有发生双光子吸收的微小区域才会变成固体，因此该技术能够创建高分辨率 3D 元素。
该团队在光纤末端打印了一个 110 µm 高、60 µm 直径的光学器件。 该装置包括一个焦距为 27 µm 的抛物面透镜和一个圆锥半径为 30 µm、高度为 23 µm 的轴锥。 抛物面透镜设计用于对准来自光纤的广泛衍射光并将其聚焦到螺旋轴棱镜中。 轴锥有一个螺旋结构，旨在为光线增加轨道角动量。
一旦设备被打印出来，这个过程大约需要四分钟，研究人员将包含微型光学设备的光纤拼接到光纤激光器上。 然后，他们使用专门构建的光学测量系统测试了它的性能。
他们发现该设备产生了初始宽度为 10 µm 的高斯-贝塞尔光束。 沿着 2 mm 的距离，它扩展到 30 µm 的宽度。 据研究人员称，具有相同初始宽度的高斯光束在相同距离内的宽度将达到 270 µm，这表明他们的设备产生的光束是无衍射光束。
还发现微型光学元件产生的光束的轨道角动量值为 1 ħ 正如预期的那样，每个光子。 入射激光束没有轨道角动量。
新设备产生并检测扭曲光
由于该设备是由有机光敏聚合物打印而成，研究人员担心随着时间的推移，它可能会遭受激光引起的损坏和有限的机械稳定性。 当他们逐渐将激光功率增加到最大光密度 3.8 MW/cm2 对光束性能没有明显影响。 然而，他们现在正在用这种 3D-DLW 方法在聚合物含量低的混合光敏材料上进行试验。 他们说，用这种材料打印的光学元件可以有更长的保质期并且更能抵抗高激光功率。
该团队指出，这种激光打印技术也可用于其他光学设备。 “我们的制造方法还可用于通过在其上印刷智能小结构，将廉价镜头升级为更高质量的智能镜头，”莱特曼说。
研究人员在报告中报告了他们的结果 光学字母.
