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(shí)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(zhǎng)特征的玻璃微光學(xué)器件”（傳送門(mén)）

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(shí)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(yuǎn)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(jià)值,。KTH教授Kristinn Gylfason解釋道：“這種方法克服了長(zhǎng)期以來(lái)用硅玻璃制造光纖尖端結(jié)構(gòu)的局限性,，因?yàn)檫@種方法通常需要高溫處理，會(huì)損害對(duì)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(shí)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(lái)去除碳,，因而使玻璃結(jié)構(gòu)透明,。

該團(tuán)隊(duì)在光纖尖端上3D打印無(wú)機(jī)玻璃結(jié)構(gòu)涉及四個(gè)步驟。首先,，將單模光纖切割成所需的長(zhǎng)度并在兩端進(jìn)行切割,。然后將光纖穿過(guò)定制的鋁制支架并固定到電動(dòng)平臺(tái)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(tuán)隊(duì)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(duì)準(zhǔn),。最后，在第四步中,，使用波長(zhǎng)為1040 nm,、脈沖寬度小于400 fs的飛秒激光器進(jìn)行激光直接寫(xiě)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(xiě)入玻璃方法中的高溫要求問(wèn)題,，允許在光纖尖端上創(chuàng)建玻璃結(jié)構(gòu),，而不會(huì)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(shuō)：“這些結(jié)構(gòu)非常小,，你可以在一粒沙子的表面安裝1000個(gè)，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(jià)值。

Gylfason說(shuō)：“這研究的目的是找到一種方法來(lái)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(jì)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(xiàng)技術(shù)申請(qǐng)了專利,。