客戶成就|在光纖上打印微納光子結構 以產生零階和渦旋貝塞爾光束

研究背景：

貝塞爾光束從其被發現開始，由于其比光學中典型的高斯光束具有特殊的優勢，擁有獨特的無衍射和自恢復特性，引起了科學界極大的興趣。這些特性也就意味著光束在被物體部分阻擋后可進行自我重建。由于這些獨特性，貝塞爾光束在光學鑷子、顯微鏡、光譜學和通信應用方面有很大的潛力。然而由于其依賴于空間光元件，并且在滿足定制光束參數的需要方面受到限制，因此在實際的科學實驗中要產生貝塞爾光束是十分具有挑戰性的。如今，借助于Nanoscribe的雙光子聚合技術可直接在光纖上打印新型光子結構，使其產生零階和渦流貝塞爾光束。

基于光纖的貝塞爾光發生器制作

貝塞爾光束的特殊性使其成為各種光學應用（例如通信、光誘捕和成像等）的優良選擇。即使貝塞爾光束被一個物體部分阻擋，光束在穿過該物體后能夠進行自我重建。然而，要將圓形光束轉化為若干環形，需要特殊的光學器件，如錐狀折射材料axicon或全息光束整形方法。為了克服這些方法所需的空間光元件的限制，基于光纖的貝塞爾光束發生器應運而生。但是，當涉及到調整光束參數時，這些基于光纖的解決方案卻是有限的，并且只提供零階貝塞爾光束的生成。來自沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學的科學家們利用Nanoscribe雙光子微納3D打印設備開發了一種新的方法來制造一個由堆疊的微光元件組成的光子結構。他們將該結構直接3D打印在光纖面上，以實現從光纖生成零階和渦流貝塞爾光束。 

基于光纖的貝塞爾光束發生器的設計由三個元素組成，用于對齊單模光纖輸出的高斯樣光束，并將其轉化為貝塞爾光束。這些微光學元件是使用Nanoscribe的2PP打印技術在光纖面上一次性3D打印出來的。圖片來自于：KAUST

新型解決方案-光纖上打印3D結構

科學家們使用Nanoscribe雙光子聚合高分辨率三維打印技術，為從光纖中直接產生零階和高階貝塞爾光束，并與光纖的核心對齊提供了有效的解決方案并。同時，Nanoscribe的IP-Dip光刻膠提供了生產光子晶體光纖設計所需的高空間分辨率，以便操縱光束。全新微納加工方案使得打印的微光學元件具有較低的表面粗糙度。三維打印的微光學元件顯示了光束轉換的高效率和低傳輸損耗。

基于Nanoscribe雙光子聚合2PP原理三維打印技術能夠打印先進的任意形狀的復雜3D微光學元件，如貝塞爾光束發生器。該基于光纖的光子結構由三個微光學元件組成，它們相互對準并與底層光纖面相連接，并可實現單個元件的無縫集成。2PP技術可實現按需定制光學參數來調整光子結構設計。因此，這種復合光子結構的快速原型設計使得在根據具體應用進行改變設計時，可以實現快速的設計迭代周期。得益于2PP三維打印技術的靈活性，定制打印的貝塞爾光束發生器可以應用于內窺鏡，光學相干斷層掃描、基于光纖的光學捕集和微操縱等領域。 

A2PL技術實現納米精度三維對準

在光纖上打印光子結構來生成貝塞爾光束需要打印精確對準光纖光軸的微光學元件。新一代的Nanoscribe Quantum X align可以比其他Nanoscribe基于2PP技術的3D打印系統在達到更高形狀精度的同時，更快、更簡便、更精確地完成這項任務。這是因為Quantum X align具有patented對準雙光子光刻技術A2PL?。因此，優化的硬件和軟件使得在光纖上以亞微米的精度打印復雜的3D微光學元件成為了可能。

項目團隊

? 阿卜杜拉國王科技大學-生物和環境科學工程系

? 阿卜杜拉國王科技大學-計算機，電氣和數學科學與工程系 

科學出版物出處

? 3D-printed fiber-based zeroth- and high-order Bessel beam generator