研究人员开发出高质量微光学器件三维激光写入技术
2016-4-28 来源：转载 作者：
国外国防科技文献资料快报
[据3Ders网站2016年4月20日报道] 德国斯图加特大学的一个研究小组最近发表了一项研究，展示了他们3D打印微米尺寸的光学器件比以往任何时候具有更高的精度和重塑性的能力。最近的突破可能对微尺度集成光学元件的制造有大的影响，有助于传感和通信应用所需设备的进一步小型化。
这项研究是由斯图加特大学超快纳米光学主席哈拉尔德吉森主持，该研究有效地展示了研发团队如何使用一种被称为“飞秒激光写作”技术来创造出小至4.4微米光学元件，该器件完美地放置在直径小至125微米光纤的中心，这是典型的非常具有挑战性的壮举。根据这项研究，3D打印的微米尺度的光学结果与数字模拟非常接近。
吉森解释道，“虽然飞秒激光写入已经在实验室中证实，但我们也已经表明它可以作为制造高性能微光学器件的一种方式，重复性高而且可靠。我们相信，我们的方法可以扩展为体积制造并且可以在一个微小的规模直接打印几乎任何类型的光学元件，这打开了微型集成和纳米光学器件的一个新时代。
研究人员所使用飞秒激光写作技术，虽然只在纳米规模下使用并且被设计得尽可能稳定可靠，但它其他3d激光书写系统不同。从本质上讲,这个过程包括光敏材料用脉冲激光局部淬火,创建一个三维结构并且可以很容易地与周围未硬化的材料分开。为了创建激光书写系统,研究小组使用了一个由纳米文印公司制造的商业双光子三维激光光刻系统,提高其制造纳米结构的能力。
吉森这样解释过程,“我们有一个像笔的东西,用类似于3d打印机方式让它通过材料来创建三维结构,但只能在非常小的规模上。如果你打一组参数到我们的系统上或者在世界上其他地方系统上,你会得到相同的结果。甚至几个月之后,它每次的结果都是一样的。”
研究人员使用创新技术创造了相位掩模，这是放置在光纤末端用以塑形和控制光的光学元件。有关新闻稿这样解释，由光纤发出的光线是高斯光束，没有一个过滤器或透镜，这意味着它是在中心明亮，并向两侧暗淡。在使用飞秒激光直写技术的光纤端产生的相位掩模，通过光纤发出的光可以聚焦成一个一致的明亮的平顶光或一个甜甜圈形状的光。
“因为相位掩模太小，并且直接在光纤的末端产生，所以在相位掩模对中即使是微小的错误也会导致环形梁不圆也不好看，”吉森这样说，“我们解决了一个最难的问题：直接在单模光纤中心反复放置一个亚微米精度的相位掩模。”
在应用方面，由研究小组创建的相位掩模可以用来取代大型、笨重的光学透镜，还可以用于更小的内窥镜的照明（用于无创手术看人体里面发生了什么）。另外，该环形相位掩模可以使光学器件在液体更精确地捕获粒子或细胞。
目前，斯图加特大学的研究小组正在使用他们的激光写入技术看是否能够创造更多类型的相位掩模，包括可以塑造光纤的光的到扭曲光中的相位掩模，这可能对光子纠缠有很大的影响。“现在的工具是可用的，我们只是限制了我们所能想到的事，”吉森总结到。（工业和信息化部电子科学技术情报研究所）
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