近日，由多家機(jī)構(gòu)組成的一支聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種創(chuàng)新的方法，這種方法可以在直徑僅有125微米（大約是人類一根頭發(fā)絲的寬度）的光纖頂端3D打印出非常細(xì)微，但是卻高度復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。據(jù)悉，這一新技術(shù)不僅被認(rèn)為是在光纖上印制復(fù)雜3D結(jié)構(gòu)的最精確方法之一，而且還比傳統(tǒng)的方法要便宜得多，從而為包括生物傳感器、光阱和電信在內(nèi)的大量應(yīng)用打開了大門。

在光纖上制造的具有很高折射率的Fresnel透鏡（電子顯微鏡影像）

目前這一研究成果被發(fā)表在了《Nanotechnology》雜志上，研究團(tuán)隊(duì)成員包括GiuseppeCalafiore、AlexanderKoshelev，和其他來自aBeamTechnologies公司、加州大學(xué)伯克利分校、勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的人員。

傳統(tǒng)上，在光纖頂端制造復(fù)雜的光學(xué)部件需要很多昂貴的技術(shù)，比如電子束光刻或聚焦離子束銑削等。而研究人員這次開發(fā)出的新方法，則是使用一種紫外線納米壓印光刻系統(tǒng)直接在微型纖維上打印3D結(jié)構(gòu)，從而為在微型尺度上制造3D光學(xué)結(jié)構(gòu)提供了一種在時(shí)間上和成本上更有效率的途徑。

3D光學(xué)結(jié)構(gòu)

這種3D光學(xué)結(jié)構(gòu)的主要功能是操縱光纖里的光，比如更改其相位和波陣面屬性等，能夠精確地操作光的屬性對(duì)于推進(jìn)諸如激光加工、Lab-on-a-Fiber、生物醫(yī)學(xué)傳感器等至關(guān)重要。

在他們的論文中，研究者們通過成功地壓印了一個(gè)復(fù)雜的3D光束分束器驗(yàn)證了這一新方法，這種分束器能夠把光纖里的光分成四個(gè)相互獨(dú)立但是同樣強(qiáng)烈的光束。要制造這個(gè)裝置，需要在一個(gè)5微米×5微米的結(jié)構(gòu)上完成255個(gè)不同高度水平的銑削。

（a）離子劑量分布圖的彩色版本，由255個(gè)不同的高度層次組成，被設(shè)計(jì)來用于壓印3D結(jié)構(gòu)（b）用于制造該結(jié)構(gòu)的硅模具（c）帶壓印3D結(jié)構(gòu)光纖的斜視圖（d）壓印3D結(jié)構(gòu)的特寫圖像

該項(xiàng)研究的合著者、來自aBeamTechnologies公司的研究人員KeikoMunechika解釋說：“這項(xiàng)新技術(shù)的開發(fā)為光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可重現(xiàn)性、靈活性提供了許多好處。此外，這項(xiàng)技術(shù)還能夠直接在光纖上制造出由很高折射率材料組成的復(fù)雜光學(xué)結(jié)構(gòu)。這為一系列全新的光纖探針和設(shè)備打開了大門，包括光學(xué)鑷子和其他類型的光纖透鏡難以勝任的應(yīng)用等。”

如前所述，他們的紫外納米壓印光刻技術(shù)在光刻精度方面可能是最精確的，將大大擴(kuò)展光纖光學(xué)的應(yīng)用范圍。正如Munechika所說：“使用這種技術(shù)，傳統(tǒng)應(yīng)用中的那些笨拙、昂貴、難以對(duì)齊的光纖就可以集成到一個(gè)光纖里面。其中一個(gè)例子就是那種可以制造出攜帶角動(dòng)量光束的渦相位掩模，這一裝置通常用于STED顯微鏡和電信技術(shù)，集成到一根光纖上使得它更容易使用，同時(shí)也降低了成本。”

研究人員們還正在探索這一新技術(shù)的其它更復(fù)雜應(yīng)用，包括打造近場光學(xué)探針、用于光學(xué)捕獲的光纖透鏡和各種化學(xué)傳感器等。