Des chercheurs fabriquent un minuscule dispositif de mise en forme de faisceau multi-composants directement sur la fibre optique : une approche d’impression laser 3D pourrait permettre de remplacer les optiques encombrantes par des dispositifs microscopiques peu coûteux

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Des chercheurs ont montré que l’impression laser 3D pouvait être utilisée pour fabriquer un dispositif optique polymère complexe de haute qualité directement à l’extrémité d’une fibre optique. Ce type de dispositif micro-optique – dont les détails sont plus petits que le diamètre d’un cheveu humain – pourrait fournir un moyen extrêmement compact et peu coûteux d’adapter les faisceaux lumineux à une variété d’applications.

« Les technologies de communication, Internet et de nombreuses autres applications sont basées sur les fibres optiques », a déclaré Shlomi Lightman, chef de l’équipe de recherche du centre de recherche nucléaire Soreq en Israël. « Lorsque la lumière sort de la fibre, de grands éléments optiques volumineux sont généralement utilisés pour l’acheminer vers l’emplacement suivant. Notre approche minimise à la fois la taille et le coût de ce processus en intégrant le processus de routage dans la fibre elle-même. »

Dans la revue Optica Publishing Group Lettres optiques, Lightman et ses collègues décrivent comment ils ont fabriqué le minuscule conformateur de faisceau multi-composants directement sur une fibre. L’appareil transforme la lumière laser normale en un faisceau de Bessel torsadé qui porte le moment cinétique orbital et ne se dilate pas dans l’espace comme les faisceaux lumineux typiques.

Les chercheurs ont fabriqué l’ensemble du dispositif micro-optique en moins de 5 minutes. La fibre et le dispositif micro-optique coûtent moins de 100 dollars, soit environ un dixième de ce qu’un objectif de microscope standard remplissant une fonction similaire pourrait coûter.

« La capacité de créer un faisceau de Bessel directement à partir d’une fibre optique pourrait être utilisée pour la manipulation de particules ou la microscopie à épuisement par émission stimulée intégrée à la fibre (STED), une technique qui produit des images à super résolution », a déclaré Lightman. « Notre méthode de fabrication pourrait également être utilisée pour mettre à niveau une lentille peu coûteuse en une lentille intelligente de meilleure qualité en imprimant une petite structure intelligente dessus. »

Planification de précision

Pour fabriquer les minuscules dispositifs optiques, les chercheurs ont utilisé une technique de fabrication appelée impression laser directe 3D. Celui-ci utilise un faisceau laser avec des impulsions femtosecondes pour créer une absorption à deux photons dans un matériau optique photosensible. Seuls les minuscules volumes où se produit l’absorption à deux photons deviennent solides, ce qui permet de créer des éléments 3D haute résolution.

Bien que cette impression laser directe 3D soit utilisée depuis un certain temps, il est difficile d’obtenir une échelle et un alignement corrects lors de la fabrication d’optiques aussi petites sur une pointe de fibre. « Nous avons pu surmonter cet obstacle en effectuant des simulations 2D et 3D très précises avant de commencer le processus de fabrication », a déclaré Lightman. « De plus, nous avons dû soigneusement réfléchir à la manière d’intégrer les éléments optiques les uns aux autres, puis de les aligner avec le cœur de la fibre. »

Après une planification minutieuse basée sur les simulations, les chercheurs ont utilisé un système commercial d’écriture laser directe 3D et un polymère photosensible de haute qualité optique pour imprimer un dispositif optique de 110 microns de hauteur, 60 microns de diamètre et 110 microns de hauteur à la fin d’un mode unique. fibre optique. L’appareil comprenait à la fois une lentille parabolique pour la collimation de la lumière et une lentille axicon hélicoïdale qui tord la lumière. Cela transforme la lumière sortant de la fibre en un faisceau de Bessel torsadé.

Propagation de la lumière de haute qualité Pour analyser la qualité du dispositif optique fabriqué, les chercheurs ont construit un système de mesure optique pour capturer le faisceau façonné se propageant à partir de la fibre modifiée. Ils ont observé une très faible diffraction dans le faisceau, ce qui signifie qu’il pourrait être utile pour des applications telles que la microscopie STED et la manipulation de particules.

Ils ont également découvert que la puissance du laser pouvait atteindre près de 10 MW/cm2 avant d’endommager le dispositif micro-optique fabriqué. Cela a montré que même si le dispositif était fabriqué à partir de polymère, qui est plus susceptible que le verre d’être endommagé par la chaleur à partir de puissances élevées, il pouvait toujours être utilisé pour produire une puissance laser relativement élevée.

Maintenant que les chercheurs ont démontré que des micro-optiques multi-éléments précises peuvent être créées à l’aide de cette méthode d’impression laser 3D directe, ils expérimentent l’utilisation de matériaux photosensibles hybrides contenant un faible pourcentage de polymère. Ces matériaux pourraient permettre de produire des optiques de meilleure qualité qui ont également une durée de vie plus longue et qui sont plus résistantes aux puissances laser élevées, par rapport aux matériaux polymères.

Source de l’histoire :

Matériel fourni par OPTIQUE. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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