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光纤3D打印技术获突破 可打印微米级复杂结构

导读: 传统上,在光纤顶端制造复杂的光学部件需要很多昂贵的技术,比如电子束光刻或聚焦离子束铣削等。

  近日,由多家机构组成的一支联合研究团队开发出了一种创新的方法,这种方法可以在直径仅有125微米(大约是人类一根头发丝的宽度)的光纤顶端3D打印出非常细微,但是却高度复杂的结构。据悉,这一新技术不仅被认为是在光纤上印制复杂3D结构的最精确方法之一,而且还比传统的方法要便宜得多,从而为包括生物传感器、光阱和电信在内的大量应用打开了大门。

在光纤上制造的具有很高折射率的Fresnel透镜(电子显微镜影像)

  在光纤上制造的具有很高折射率的Fresnel透镜(电子显微镜影像)

  目前这一研究成果被发表在了《Nanotechnology》杂志上,研究团队成员包括Giuseppe Calafiore、Alexander Koshelev,和其他来自aBeam Technologies公司、加州大学伯克利分校、劳伦斯伯克利国家实验室的人员。

  传统上,在光纤顶端制造复杂的光学部件需要很多昂贵的技术,比如电子束光刻或聚焦离子束铣削等。而研究人员这次开发出的新方法,则是使用一种紫外线纳米压印光刻系统直接在微型纤维上打印3D结构,从而为在微型尺度上制造3D光学结构提供了一种在时间上和成本上更有效率的途径。据了解,这种3D光学结构的主要功能是操纵光纤里的光,比如更改其相位和波阵面属性等。能够精确地操作光的属性对于推进诸如激光加工、Lab-on-a-Fiber、生物医学传感器等至关重要。

  在他们的论文中,研究者们通过成功地压印了一个复杂的3D光束分束器验证了这一新方法。这种分束器能够把光纤里的光分成四个相互独立但是同样强烈的光束。据悉,要制造这个装置,需要在一个5微米×5微米的结构上完成255个不同高度水平的铣削。

(a)离子剂量分布图的彩色版本,由255个不同的高度层次组成,被设计来用于压印3D结构(b)用于制造该结构的硅模具。(c)带压印3D结构光纤的斜视图。(d)压印3D结构的特写图像。

  (a)离子剂量分布图的彩色版本,由255个不同的高度层次组成,被设计来用于压印3D结构(b)用于制造该结构的硅模具。(c)带压印3D结构光纤的斜视图。(d)压印3D结构的特写图像。

  该项研究的合著者、来自aBeam Technologies公司的研究人员Keiko Munechika解释说:“这项新技术的开发为光学结构设计的可重现性、灵活性提供了许多好处。此外,这项技术还能够直接在光纤上制造出由很高折射率材料组成的复杂光学结构。这为一系列全新的光纤探针和设备打开了大门,包括光学镊子和其他类型的光纤透镜难以胜任的应用等。”

  如前所述,他们的紫外纳米压印光刻技术在光刻精度方面可能是最精确的,将大大扩展光纤光学的应用范围。例如,正如Munechika所说:“使用这种技术,传统应用中的那些笨拙、昂贵、难以对齐的光纤就可以集成到一个光纤里面。其中的一个例子就是那种可以制造出携带角动量光束的涡相位掩模。这一装置通常用于STED显微镜和电信技术,集成到一根光纤上使得它更容易使用,同时也降低了成本。”

  此外,研究人员们还正在探索这一新技术的其它更复杂的应用,包括打造近场光学探针、用于光学捕获的光纤透镜和各种化学传感器等。

 

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