Een volledig op vezels gebaseerde benadering voor het genereren van speciale optische bundels, Bessel-bundels genaamd, zou nieuwe toepassingen kunnen openen op het gebied van beeldvorming, optische trapping en communicatie.

Bessel-stralen zien er heel anders uit dan de gebruikelijke Gauss-lichtstralen die in de optica worden aangetroffen. Ze bezitten in het bijzonder verschillende interessante eigenschappen, waaronder zelfgenezing, diffractievrije voortplanting en het vermogen om orbitaal impulsmoment (OAM) te dragen. Deze familie van bundels - ook bekend als vortexbundels met een karakteristieke ringachtige vorm en een donker centraal gebied - omvat verschillende "orden" van bundels met verschillende waarden van OAM.

Het maken van Bessel-bundels is echter enigszins onhandig:er zijn verschillende bulk optische elementen, zoals ruimtelijke lichtmodulatoren of kegelvormige axicons, nodig om Gauss-bundels om te zetten in Bessel-bundels.

Nu hebben Innem Reddy, Andrea Bertoncini en Carlo Liberale van KAUST experimenteel aangetoond dat een op maat gemaakte optische vezel het werk kan doen en op aanvraag een bepaalde Bessel-straal kan genereren. Ze hebben hun resultaten gepubliceerd in Optica .

"Het genereren van Bessel-stralen met behulp van traditionele technieken omvat ruimteverslindende, dure optische elementen die nauwkeurige uitlijning vereisen", legt Reddy, een Ph.D. leerling in de groep. "Door te kiezen voor een op glasvezel gebaseerde oplossing, kunnen we een compacte Bessel-straalgenerator verkrijgen die vooraf is uitgelijnd en deze stralen zelfs in afgelegen en kleine ruimtes, zoals endoscopische toepassingen, kan leveren."

"Met name de op vezels gebaseerde generatie van Bessel-stralen maakt innovatieve toepassingen mogelijk, zoals minimaal invasieve endoscopische sondes, optische coherentietomografie, op vezels gebaseerde optische trapping en manipulatie van microscopische deeltjes."

De vezel van het team is een meesterwerk van maatwerk. Ze gebruiken een techniek genaamd two-photon lithography (TPL), waarmee 3D-printen van ingewikkelde optische structuren mogelijk wordt om speciale bundelvormende elementen rechtstreeks op de punt van een single-mode optische vezel te fabriceren. Hun ontwerp heeft drie segmenten die, samen, een conventionele Gauss-straal efficiënt uitlijnen en transformeren in een ringvormige straal en ten slotte een Bessel-straal van de gewenste volgorde en OAM-waarde.

Het werk is de nieuwste triomf in een onderzoeksprogramma dat het potentieel van de TPL-techniek wil benutten, waarbij licht wordt gebruikt om fijne optische structuren te "schrijven" door een fotoresist te laten stollen.

Het team heeft TPL al gebruikt om vezels op andere manieren aan te passen, waaronder het maken van polarisatiebundelsplitsers, microlensassemblages en optische pincetten. "Het maken van steeds geavanceerdere optische apparaten aan het uiteinde van optische vezels om ze in staat te stellen complexe functionaliteiten te leveren, is een van de belangrijkste onderzoeksrichtingen van onze groep", zegt Liberale. + Verder verkennen

Diepe inzichten in een levende schimmel