研究人員在光纖尖端上3D打印石英玻璃微光學(xué)器件

2024年5月17日，南極熊獲悉,，瑞典皇家理工學(xué)院（KTH）宣稱，研究人員在光纖尖端上3D打印了石英玻璃微光學(xué)器件,，它的表面與人類頭發(fā)的橫截面一樣小,。這一發(fā)展可以實現(xiàn)更快的互聯(lián)網(wǎng)和更好的連接，以及更小的傳感器和成像系統(tǒng)等創(chuàng)新,。

△該研究已發(fā)表在《ACS Nano》雜志上,，題目為“在光纖尖端上3D打印具有亞波長特征的玻璃微光學(xué)器件”（傳送門）

研究人員表示，將二氧化硅玻璃光學(xué)器件與光纖集成可實現(xiàn)多種創(chuàng)新,，包括用于環(huán)境和醫(yī)療保健的更靈敏的遠程傳感器,。打印技術(shù)在藥品和化學(xué)品生產(chǎn)中也很有價值。KTH教授Kristinn Gylfason解釋道：“這種方法克服了長期以來用硅玻璃制造光纖尖端結(jié)構(gòu)的局限性,，因為這種方法通常需要高溫處理,，會損害對溫度敏感的光纖涂層的完整性�,！�

△研究人員使用該工藝在光纖尖端3D打印石英玻璃微光學(xué)元件

3D打印石英玻璃微光學(xué)器件

KTH皇家理工學(xué)院的研究人員在光纖尖端上3D打印石英玻璃微光學(xué)器件,，可以實現(xiàn)更快的互聯(lián)網(wǎng)速度。與其它方法不同的是,，該工藝用的基礎(chǔ)材料不含有碳元素,，這意味著不需要高溫來去除碳，因而使玻璃結(jié)構(gòu)透明,。

該團隊在光纖尖端上3D打印無機玻璃結(jié)構(gòu)涉及四個步驟,。首先，將單模光纖切割成所需的長度并在兩端進行切割,。然后將光纖穿過定制的鋁制支架并固定到電動平臺上,。

第二步，將40%的氫倍半硅氧烷(HSQ)甲苯溶液滴涂到光纖尖端上,，形成約100 μm厚的圓頂形層,。 HSQ溶液干燥，在光纖尖端留下一層硬層,。

△該團隊演示了如何在光纖上打印石英玻璃微結(jié)

第三步,，注入650 nm激光照射纖芯,，幫助對準。最后,，在第四步中,，使用波長為1040 nm、脈沖寬度小于400 fs的飛秒激光器進行激光直接寫入（DLW）,。

激光選擇性地固化HSQ,，去除未固化的HSQ，并在光纖尖端留下3D打印的石英玻璃結(jié)構(gòu),。

結(jié)果表明,，該工作解決了3D直接激光寫入玻璃方法中的高溫要求問題，允許在光纖尖端上創(chuàng)建玻璃結(jié)構(gòu),，而不會損壞溫度敏感涂層,。

△3D打印玻璃立方體的折射率表征

更具彈性的傳感器

該研究的共同作者Po-Han Huang說：“這些結(jié)構(gòu)非常小，你可以在一粒沙子的表面安裝1000個,，這與目前使用的傳感器的大小差不多,。”

研究人員還展示了一種打印納米光柵的技術(shù),，將超小型圖案蝕刻到納米尺度的表面上,，這種光柵可用于精確操縱光線，在量子通信中具有潛在的應(yīng)用價值,。

Gylfason說：“這研究的目的是找到一種方法來整合3D打印和光子學(xué),，以便將它們應(yīng)用于微流控設(shè)備、MEMS加速度計和光纖集成量子發(fā)射器等領(lǐng)域,�,！�

目前研究人員已經(jīng)為這項技術(shù)申請了專利。