(Phys.org)—Wetenschappers hebben een methode ontwikkeld voor het afdrukken van kleine maar complexe 3D-structuren op de punt van een optische vezel, waarvan de diameter van 125 µm ongeveer de dikte van een mensenhaar is. De 3D optische structuren kunnen de eigenschappen van het licht manipuleren, zoals de fase en het golffront, die een verscheidenheid aan geïntegreerde optische toepassingen mogelijk maakt, waaronder laserbewerking, lab-on-a-fiber, en biomedische sensoren. Een van de grootste voordelen van de nieuwe nano-imprintmethode is dat deze veel minder duur is dan eerdere fabricagemethoden, het openen van de deuren voor meer wijdverbreid gebruik.

De onderzoekers, Giuseppe Calafiore, Alexander Koshelev, en co-auteurs bij aBeam Technologies Inc., de Universiteit van Californië in Berkeley, en de Molecular Foundry in het Lawrence Berkeley National Lab, hebben een paper gepubliceerd over de nieuwe nanoimprinting-methode in een recent nummer van Nanotechnologie .

"De ontwikkeling van deze nieuwe technologie biedt veel voordelen op het gebied van reproduceerbaarheid, flexibiliteit in het ontwerp van optische structuren, evenals de kosten, " vertelde co-auteur Keiko Munechika bij aBeam Technologies: Phys.org . "Verder, deze technologie maakt de fabricage mogelijk van complexe optische structuren bestaande uit materiaal met een hoge brekingsindex rechtstreeks op een vezel. Dit opent een hele nieuwe reeks vezelsondes en apparaten, inclusief optische pincetten en andere immersietoepassingen waar andere soorten glasvezellenzen niet werken."

Hoewel er veel manieren zijn om optische componenten te integreren met optische vezels, het knelpunt van deze integratie is de nanofabricage van 3D optische componenten direct op de uiteinden van de vezels. De uitdaging zit hem vooral in de kleine oppervlakte, aangezien de meeste fabricagetechnieken zijn ontworpen voor grotere schalen. Momenteel, fabricage van optische componenten op een vezel omvat dure en tijdrovende technieken zoals elektronenstraallithografie of gefocusseerde ionenstraalfrezen, die de ontwikkeling en het wijdverbreide gebruik van optische apparaten die op een vezel zijn geïntegreerd, heeft beperkt.

De nieuwe methode die hier is ontwikkeld, maakt gebruik van ultraviolette nano-imprintlithografie om complexe 3D-patronen op het uiteinde van een optische vezel af te drukken. Laten zien, de onderzoekers fabriceerden een ingewikkelde 3D-straalsplitser die licht splitst in vier stralen van gelijke intensiteit bij het verlaten van de vezel. Het vervaardigen van de bundelsplitser vereist het frezen van 255 verschillende hoogteniveaus op een 5 x 5 µm ² structuur, het demonstreren van de hoge resolutie en precisie van de lithografische techniek.

Voor zover de onderzoekers weten, dit is de hoogste lithografische nauwkeurigheid die tot nu toe is bereikt voor het afdrukken van complexe 3D-kenmerken op het uiteinde van een optische vezel. Het proces kan worden gebruikt om vele andere soorten 3D-componenten te printen die licht op verschillende manieren manipuleren, en dat tegen een hoge doorvoer en lage kosten.

"Er zijn veel potentiële toepassingen, variërend van biosensoren, en optische trapping voor telecommunicatie, " zei Munechika. "Er zijn enkele conventionele toepassingen, waarin volumineus, dure en moeilijk uit te lijnen optieken kunnen in plaats daarvan op een vezel worden geïntegreerd. Een voorbeeld hiervan is een vortexfasemasker dat bundels produceert die impulsmoment dragen. Het wordt gebruikt in STED (gestimuleerde emissiedepletie) microscopie en telecommunicatie. Door het op een vezel te integreren, is het eenvoudigweg veel gemakkelijker te gebruiken en verlaagt het tegelijkertijd de kosten. Er zijn ook meer uitgebreide toepassingen die nieuwe kansen bieden, in plaats van alleen bestaande apparaten te verbeteren. Voorbeelden zijn onder meer efficiënte nabij-veld optische sondes, vezellenzen voor optische vangst, en verschillende soorten chemische sensoren."

In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan technologie te ontwikkelen om de fabricage op te schalen en te werken aan het commercialiseren van de vezelsondes. Meer informatie is te vinden op www.fiberphotonics.com.

© 2016 Fys.org