近日，由多家機構(gòu)組成的一支聯(lián)合研究團隊開發(fā)出了一種創(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，研究團隊成員包括Giuseppe Calafiore、Alexander Koshelev，和其他來自aBeam Technologies公司、加州大學(xué)伯克利分校、勞倫斯伯克利國家實驗室的人員。

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)提供了一種在時間上和成本上更有效率的途徑。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于推進諸如激光加工、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復(fù)雜的3D光束分束器驗證了這一新方法。這種分束器能夠把光纖里的光分成四個相互獨立但是同樣強烈的光束。據(jù)悉，要制造這個裝置，需要在一個5微米×5微米的結(jié)構(gòu)上完成255個不同高度水平的銑削。

（a）離子劑量分布圖的彩色版本，由255個不同的高度層次組成，被設(shè)計來用于壓印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。

該項研究的合著者、來自aBeam Technologies公司的研究人員Keiko Munechika解釋說：“這項新技術(shù)的開發(fā)為光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計的可重現(xiàn)性、靈活性提供了許多好處。此外，這項技術(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，將大大擴展光纖光學(xué)的應(yīng)用范圍。例如，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、難以對齊的光纖就可以集成到一個光纖里面。其中的一個例子就是那種可以制造出攜帶角動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，同時也降低了成本?！?/span>

此外，研究人員們還正在探索這一新技術(shù)的其它更復(fù)雜的應(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。