Das besondere Verhalten von Bessel-Strahlen macht sie attraktiv für verschiedene optische Anwendungen, von Kommunikation über optische Pinzetten bis hin zur Bildgebung. In dem Querschnitt eines Bessel-Strahls erkennt man eine Reihe von konzentrischen Kreisen oder Ringen, wobei der innerste Kreis des Strahls über eine größere Ausdehnung fokussiert bleibt als ein typischer Gauß-Strahl. Wird ein Bessel-Strahl partiell durch ein Objekt behindert, kann sich der Bessel-Strahl nach dem Passieren des Objekts wieder rekonstruieren. Die Umwandlung eines kreisförmigen Strahls in eine Reihe von Ringen erfordert jedoch eine spezielle Optik, z. B. ein kegelförmiges brechendes Material, das sogenannte Axicon, oder holografische Strahlformungsmethoden. Um die Beschränkung durch die für diese Methoden erforderliche platzraubende Optik zu überwinden, wurde bereits die faserbasierte Erzeugung von Bessel-Strahlen untersucht. Diese bisherigen faserbasierten Lösungen boten jedoch beschränkte Möglichkeiten zur Abstimmung der optischen Strahlparameter und erlaubten nur die Erzeugung von Bessel-Strahlen nullter Ordnung. Wissenschaftler der King Abdullah University of Science and Technology in Saudi-Arabien entwickelten nun einen neuen Ansatz zur Herstellung einer photonischen Struktur, die aus gestapelten mikrooptischen Elementen besteht. Sie druckten die 3D-Struktur direkt auf eine Faserfacette, um mit dieser Faseroptik Bessel-Strahlen nullter Ordnung sowie auch Vortex-Strahlen zu erzeugen.
Neuer Ansatz per 3D-Druck auf Fasern
Eine neue Herstellungsstrategie basiert auf der Zwei-Photonen-Polymerisation und ermöglicht die Herstellung komplexer photonischer 3D-Strukturen. Dazu wurde die photonische Struktur zur Erzeugung von Bessel-Strahlen auf eine optische Faser gedruckt und hierbei auf den Faserkern ausgerichtet. Der Einsatz von Nanoscribe‘s Fotolack IP-Dip ermöglicht eine ausreichend hohe Auflösung, wie das für die Herstellung von photonischen Kristallfaserstrukturen erforderlich ist, und eine Fertigung der mikrooptischen Elemente mit geringer Oberflächenrauigkeit. Die 3D-gedruckten mikrooptischen Elemente zeigten eine Strahltransformation mit hoher Effizienz und geringem Transmissionsverlust.
Rapid Prototyping von Verbundmikrooptiken
Der 2PP-basierte 3D-Druck ermöglicht die Herstellung anspruchsvoller 3D-Mikrooptiken, die aus beliebig geformten, komplexen mikrooptischen Elementen bestehen können, wie z. B. dem Bessel-Strahl-Generator. Die faserbasierte photonische Struktur besteht aus drei mikrooptischen Elementen, die aufeinander und auf die darunterliegende Faserfacette ausgerichtet sind. Die einzelnen Elemente sind nahtlos integriert. Die 2PP-Technologie bietet die Möglichkeit, das Design der photonischen Struktur unkompliziert an die kundenspezifischen optischen Parameter anzupassen. Das Rapid Prototyping solcher zusammengesetzten photonischen Strukturen erlaubt kurze Design-Iterationszyklen, falls das Design für spezifische Anwendungen geändert werden muss. Die Flexibilität des 2PP-basierten 3D-Drucks ermöglicht also maßgeschneiderte Bessel-Strahlen, die beispielsweise in der Endoskopie, z.B. für die optische Kohärenztomographie, in faserbasierten optischen Pinzetten und in der Mikromanipulation eingesetzt werden können.
Nanopräzise 3D-Ausrichtung mit
Aligned 2-Photon Lithography
Die faserbasierte photonische Struktur zur Erzeugung von Bessel-Strahlen erfordert mikrooptische Elementen, die genau auf die optische Achse der Faser ausgerichtet sind. Die neuen Quantum X align-Systeme können diese Aufgabe schneller, einfacher, präziser und mit höherer Formgenauigkeit erledigen als alle anderen 2PP-basierten 3D-Drucker. Das liegt daran, dass Quantum X align auf einer hochmodernen Plattform basiert und mit der Aligned 2-Photon Lithography A2PL® -Technologie für eine hochgenaue Positionierung der gedruckten Strukturen ausgestattet ist. Optimierte Hard- und Software ermöglichen es, komplexe 3D-Mikrooptikelemente mit Submikrometer-Genauigkeit auf Glasfasern zu drucken.
Sind Sie interessiert, mehr über die Herstellung und Leistungsfähigkeit des faserbasierten Bessel-Strahl-Generators zu erfahren? Lesen Sie die frei zugängliche wissenschaftliche Veröffentlichung auf Englisch hier: 3D-printed fiber-based zeroth- and high-order Bessel beam generator
