基于光纤的高分辨率多焦强度模式全息图

衍射光学元件（DOE）和全息图可以以多种方式操纵光波。这就像是能够用光绘画，创造特定的亮度模式并改变光波的排列方式。虽然DOE通常是在单个图像平面上创建2D模式，但全息图能够产生更复杂的、具有多个焦平面的三维呈现。

除了它们的美学外观之外，具有空间控制的强度和相位分布的定制光场在许多应用中具有巨大潜力，包括各种显微镜的照明场景、光学阱和并行化的三维纳米打印，为纳米光子学、光纤和波导技术等领域开辟了新的可能性，就像任何需要精确激发高阶光学谐振的领域一样。

双光子聚合技术应用于3D纳米打印全息图

一般来说，相控全息图被广泛认为比振幅掩模能更有效地产生多焦光斑模式。然而，在大多数情况下，只有强度分布是已知的，直接进行相位工程本身仍然具有挑战性。德国耶拿的莱布尼茨光子技术研究所（Leibniz IPHT）的研究人员通过利用Nanoscribe的双光子聚合（2PP）技术对全息光学器件进行三维微纳加工，以创建多个焦点的复杂拓扑，从而来解决这一难题。作为关键特性，制造的全息图不仅可以调制强度分布，还可以控制每个单独光斑的相对相位。通过操纵每个焦点的单个相位和由此产生的干涉，他们能够研究各个焦点之间的相互作用，并对两个单独焦点的分辨率限制进行观察。
此外，研究人员利用他们的新设计方法，在单模光纤上3D打印了一个全息图，在两个独立的图像平面上生成大约200个独立焦点的分布。

在光的分辨率极限下

开发的全息图建立在惠更斯-菲涅耳原理（Huygens-Fresnel）的基础上，惠更斯-菲涅耳原理是波动光学中的一个基本概念，描述了波前如何在空间中传播。它指出，波前上的每个点都充当球形次级小波的源，这些次级小波的叠加会在以后产生波前。通过扩展这一理论，基于干扰的方法允许控制分布在三个空间方向上的点阵列中各个焦点的强度和相位。通过在模拟全息图设计中调制两个相邻焦点的相位，研究人员做出了一个有趣的观察：尽管被设计为位于光的分辨率极限以下，但这两个焦点仍然可以区分和分离。
为了证明他们的模拟是正确的，利用Nanoscribe的3D微纳加工技术，该团队在耶拿3D打印了设计直径为60微米和最小亚微米特征的全息图。他们发现仿真结果与实验结果完美匹配，证明了基于2PP原理的3D微纳加工的出色打印精度。

光纤上3D打印多焦点全息图

作为研究项目的一大亮点，科学家们使用他们的新设计方法来开发一个复杂的全息图，在两个独立的图像平面中提供192个单独的焦点。第一个平面上的各个焦点显示 IPHT 机构的标志，而第二个平面上的各个焦点显示机构字母（“IPHT”）。具有亚微米特征尺寸的挑战性设计以最高精度打印在定制的单模光纤面上，用于 637 nm 的红光。

基于光纤的纳米精度对准打印

耶拿的研究人员利用Nanoscribe最成熟的配备63倍物镜的科研微纳加工平台Photonic Professional GT2，实现了他们研究项目所需的精度和亚微米特征尺寸结构制作。然而，他们在光纤上打印时遇到了挑战，例如基板倾斜，他们通过在全息图下方打印 3 μm 的基层来解决这一问题。
认识到对基于光纤和光子芯片对准打印的需求不断增长，Nanoscribe 推出了高分辨率 Quantum X align微纳加工系统，该系统配备了对准双光子光刻技术 A2PL®，用于在光纤和光子芯片上进行纳米精度对准，并具有自动倾斜测量和补偿等功能。此外，针对光纤基板支架和光纤纤芯照明单元等硬件的增强功能无疑是可靠识别光纤纤芯的重要一环，从而促进光纤全息术的进一步发展。