有研究表明，3D 激光打印可用于直接在光纤末端制造高质量、复杂的聚合物光学设备。这种微型光学设备的细节比人类头发的直径还小，可以提供一种极其紧凑且廉价的方式来为各种应用定制光束。
通过3D打印方法在光纤上制造微型光学器件
“通信技术、互联网和许多其他应用都基于光纤，”以色列 的研究团队负责人 Shlomi Lightman 说。“当光从光纤中射出时，通常会使用体积庞大的光学元件将其路由到下一个位置。我们的方法通过将路由过程集成到光纤本身，最大限度地减少了这一过程的规模和成本。”
图片说明：研究人员使用 3D 激光打印直接在光纤末端制造了高质量、复杂的聚合物光学器件。显示了该装置的扫描电子显微镜图像。它包括一个用于光准直的抛物面透镜和一个扭曲光的扭曲轴棱镜光学元件。
在期刊Optics Letters中，Lightman 及其同事描述了他们如何将微型多组件光束整形器直接制造到光纤上。该设备将普通激光转变为带有轨道角动量的扭曲贝塞尔光束，并且不会像典型光束那样在空间中扩展。
研究人员在不到 5 分钟的时间内制造了整个微型光学设备。光纤连同微型光学设备的成本不到 100 美元，大约是执行类似功能的标准显微镜物镜成本的十分之一。
“直接从光纤创建贝塞尔光束的能力可用于粒子操纵或STED显微镜，这是一种产生超分辨率图像的技术，”Lightmant表示。“我们的制造方法还可用于通过在其上打印智能小结构，将廉价镜头升级为更高质量的智能镜头。”
为了制造微型光学设备，研究人员使用了一种称为3D直接激光打印的制造技术。它使用具有飞秒脉冲的激光束在光敏光学材料中产生双光子吸收。只有发生双光子吸收的微小体积内才会变成固体，从而提供了一种创建高分辨率3D元素的方法。
虽然这种3D直接激光打印已经使用了一段时间，但在光纤尖端上制造如此小的光学器件时，很难获得正确的比例和对齐。“在开始制造过程之前，我们能够通过执行高精度的2D和 3D模拟实验来克服这一障碍，” Lightmant说。“此外，我们必须仔细考虑如何将光学元件相互集成，然后将其与光纤芯对齐。”
在基于模拟进行周密规划后，研究人员使用商用3D直接激光写入系统和高光学质量光敏聚合物打印出直径为60微米、单模端部高110微米的110微米高光学器件光纤。该设备包括一个用于光准直的抛物面透镜和一个扭曲光的螺旋轴锥透镜。这会将离开光纤的光变成扭曲的贝塞尔光束。
高质量的光传播
为了分析制造的光学设备的质量，研究人员构建了一个光学测量系统来捕获从改性光纤传播的成形光束。他们观察到光束中的衍射非常低，这意味着它可用于 STED 显微镜和粒子操纵等应用。
图片说明：研究人员创建了一个光学测量系统来分析由制造的设备整形的光束的性能。光束显示出非常低的衍射，激光功率在损坏制造的微型光学设备之前可以达到接近 10 MW/cm2。
他们还发现，在损坏制造的微型光学器件之前，激光功率可以达到接近10MW/cm 2 。这表明，即使该设备是由比玻璃更容易受到高功率热损伤的聚合物制成的，它仍然可以用来产生相对较高的激光功率。
研究人员已经证明可以使用这种直接3D激光打印方法创建精确的多元素微光学元件，他们正在试验使用含有低百分比聚合物的混合光敏材料。与聚合物材料相比，这些材料可以生产更高质量的光学器件，这些光学器件还具有更长的保质期并且更能抵抗高激光功率。
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