Израильские ученые показали, что 3D-печать можно использовать для изготовления микрооптического устройства из полимеров, детали которого меньше диаметра человеческого волоса. Исследователи поместили устройство на конец оптического волокна и получили компактный и недорогой способ усовершенствования оптоволоконных кабелей. Исследование опубликовано в журнале Optics Letters.
Технологии связи, интернет и многие другие приложения основаны на оптических волокнах — нитях, в которых информация передается с помощью света. Когда свет выходит из волокна, обычно используются большие оптические элементы, чтобы направить его в следующее место. Ученые изготовили крошечный многокомпонентный формирователь луча непосредственно на волокне. «Наш метод изготовления может быть использован для модернизации недорогой линзы в более качественную умную линзу путем печати на ней умной небольшой структуры», — отметил руководитель группы Шломи Лайтман из Центра ядерных исследований Сорек в Израиле.
На изготовление устройства ушло меньше 5 минут, а стоило оно стоило менее 100 долларов вместе с волокном. Устройство превращает обычный лазерный свет в закрученный луч Бесселя, который не расширяется в пространстве, в отличие от обычных световых лучей.
Для изготовления крошечных полимерных устройств исследователи использовали прямую лазерную 3D-печать. В ней для построения объектов используются жидкие фотополимерные смолы, затвердевающие под воздействием световых волн. При изготовлении такой маленькой оптики на наконечнике волокна трудно добиться правильного масштаба и выравнивания. «Мы смогли преодолеть это препятствие, выполнив высокоточное 2D- и 3D-моделирование до начала процесса изготовления», — рассказал Лайтман. Ученые использовали лазерный луч с фемтосекундными импульсами для создания двухфотонного поглощения в светочувствительном оптическом материале. Только крошечные объемы, в которых происходит двухфотонное поглощение, становятся твердыми, что позволяет создавать трехмерные элементы с высоким разрешением.
Чтобы проанализировать качество изготовленного оптического устройства, исследователи построили оптическую измерительную систему для захвата сформированного луча. Они отметили очень низкую дифракцию в луче. Это означает, что он может быть полезен для таких приложений, как STED-микроскопия и манипулирование частицами.
Ученые также обнаружили, что мощность лазера может достигать почти 10 МВт/см2, прежде чем повредить изготовленное микрооптическое устройство. Это означает, что, даже если устройство было изготовлено из полимера, который более восприимчив, чем стекло, к тепловому повреждению от высокой мощности, его все равно можно использовать для получения относительно высокой мощности лазера.
Теперь, когда исследователи продемонстрировали, что микрооптика может быть создана с помощью прямой лазерной 3D-печати, они экспериментируют с использованием гибридных фоточувствительных материалов, содержащих низкий процент полимера. Эти материалы могут позволить производить оптику более высокого качества, которая также дольше хранится и более устойчива к высокой мощности лазера по сравнению с полимерными материалами.
Автор: Мария Денисенко
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
