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研究人員展示了3D打印微米級(jí)光學(xué)元件的過程，該技術(shù)的性能和重復(fù)性都是前所未有的。

這有助于使從傳感到電信領(lǐng)域所使用的儀器和設(shè)備小型化。

研究人員展示了3D打印微米級(jí)光學(xué)元件的過程，該技術(shù)的性能和重復(fù)性都是前所未有的。

他們的方法可用于在微米級(jí)或更小尺度上建造幾乎所有類型的集成光學(xué)元件，這有助于使從傳感到電信領(lǐng)域所使用的儀器和設(shè)備小型化。

在光學(xué)學(xué)會(huì)的高影響力研究型期刊《Optica》中，研究人員報(bào)道了在直徑僅125微米的光纖的正中心位置上直接制造小到4.4微米的光學(xué)元件的過程，該光纖的直徑僅比人頭發(fā)絲的直徑略厚。

他們用一種被稱為飛秒激光直寫的技術(shù)來完成這一艱難的壯舉，并表明光學(xué)元件的性能密切匹配模擬結(jié)果。

德國(guó)斯圖加特大學(xué)超快納米光學(xué)領(lǐng)域的主席，領(lǐng)導(dǎo)該研究團(tuán)隊(duì)的HaraldGiessen指出：“雖然飛秒激光直寫技術(shù)已在實(shí)驗(yàn)室中得到驗(yàn)證，但我們展示了該技術(shù)能夠用于以一種高度可重復(fù)和可靠的方式制作高性能微光學(xué)元件。

我們認(rèn)為該方法能夠被擴(kuò)展，以進(jìn)行批量制造并用于在微小尺度上直接打印幾乎所有類型的光學(xué)元件，開啟了集成微光學(xué)和納米光學(xué)的新時(shí)代。

”

用光進(jìn)行直寫

飛秒激光直寫技術(shù)用激光器發(fā)射脈沖很短的光，以選擇性地硬化光敏材料。

材料硬化只發(fā)生在激光器光線聚焦的小三維區(qū)域內(nèi)，然后將所有未硬化的材料沖走，露出已建造好的3D結(jié)構(gòu)。

雖然全世界的許多實(shí)驗(yàn)室都制作出其自己的3D激光直寫系統(tǒng)，但這些自制系統(tǒng)對(duì)環(huán)境條件和激光器功率的差異非常敏感，從而不能可靠地制造高質(zhì)量微光學(xué)元件。

為了克服這些問題，研究人員用一種已設(shè)計(jì)出的市售雙光子3D激光光刻系統(tǒng)來直寫納米尺寸結(jié)構(gòu)。

該系統(tǒng)由Nanoscribe有限公司制造，專為穩(wěn)定性、可靠性和質(zhì)量而設(shè)計(jì)的。

Giessen解釋道：“我們有一種類似于一支筆的東西，讓我們能夠透過材料進(jìn)行3D移動(dòng)，以類似于3D打印機(jī)但尺度又非常小的方式生成結(jié)構(gòu)。

如果你將一組參數(shù)導(dǎo)入到我們的系統(tǒng)和世界上其他地方的系統(tǒng)中，你將得到完全相同的結(jié)果。

即使在今后的幾個(gè)月進(jìn)行這種對(duì)比，每次產(chǎn)生的結(jié)果還是相同的。

”

建造相位掩模

研究人員用3D激光直寫系統(tǒng)建造名為相位掩模的光學(xué)元件，相位掩模提供一種簡(jiǎn)潔的方法，可在不使用大而笨重的透鏡的情況下對(duì)從光纖末端出來的光進(jìn)行塑形。

通常情況下，離開光纖末端的光屬于高斯型的，這意味著它中間部分亮，并向邊緣部分變暗。

研究人員直接在光纖的末端上建造相位掩模，將光塑造為平頂輪廓，使整個(gè)照明區(qū)域的亮度相同，或者塑造為甜甜圈形狀，以被明亮光環(huán)包圍著的中空部分為特色。

Giessen指出：“由于相位掩模非常小且直接建造在光纖的末端上，即使是相位掩模中心位置的細(xì)微誤差也會(huì)導(dǎo)致甜甜圈形光束不好看且不圓。

我們解決了最困難的問題之一：直接在單模光纖的中心以亞微米精度反復(fù)植入相位掩模。

”

直接激光直寫方法可用于以多種方式建造光學(xué)元件。

研究人員發(fā)現(xiàn)，從中心位置開始一環(huán)接一環(huán)地建造相位掩模，或者從底部開始一層接一層地建造相位掩模，都能生成高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)。