Att sätta in luft i hett glas för att bilda en bubbla har använts för att göra glasföremål sedan romartiden. I nytt arbete, forskare tillämpar samma principer för glasblåsning i mikroskopisk skala för att göra specialiserade miniatyrkonformade linser som kallas axikoner.

Axikoner används för att forma laserljus på ett sätt som är fördelaktigt för optisk borrning, bildbehandling och skapa optiska fällor för att manipulera partiklar eller celler. Dessa linser har varit kända i mer än 60 år, men deras tillverkning, speciellt när den är liten, är inte enkelt.

"Vår teknik har potential att producera robusta miniatyraxon i glas till en låg kostnad, som kan användas i miniatyriserade avbildningssystem för biomedicinsk bildbehandling, såsom optisk koherens tomografi, eller OKT, "sade forskargruppmedlemmen Nicolas Passilly från FEMTO-ST Institute i Frankrike.

I tidskriften The Optical Society (OSA) Optikbokstäver , forskarna beskriver det nya tillverkningssättet, som är baserad på samma processer som används för att göra ett stort antal fotoniska och elektroniska kretsar parallellt på halvledarskivor. Forskarna använde sitt tillvägagångssätt för att skapa glasaxon med diametrar på 0,9 och 1,8 millimeter och visade att de framgångsrikt genererade Bessel -balkar.

"Mikrofabrikation på wafernivå gör att axikonerna kan integreras i mer komplexa mikrosystem som skapas också på en wafernivå, som leder till ett system tillverkat av en skivstapel, "sa Passilly." Denna typ av integration kommer med bättre optiska justeringar, högpresterande vakuumförpackningar och mycket lägre kostnader för de slutliga systemen eftersom ett stort antal kan bearbetas samtidigt. "

Skapa en mikrolins

När den används med en laser, axikoner skapar en ljusstråle som börjar som en Bessel-liknande stråle-en icke-diffrakterande stråle med maximal intensitet på sin axel-och förvandlas sedan till en ihålig stråle längre bort från axikonet. Besselliknande strålar har ett skärpedjup som kan vara storleksordningar större än det för en stråle fokuserad av en traditionell rundad lins med liknande diameter. Strålens höga skärpedjup gör att optiska borrar kan nå djupare och skapar OCT -bilder av högre kvalitet. För optisk pincett, både Bessel-liknande och ihåliga delar av strålen kan användas för att fånga partiklar eller celler.

Tekniker som traditionellt används för att göra glasaxon kan bara producera ett objektiv i taget. Även om billigare axikoner kan tillverkas i polymer, dessa tål inte högtemperaturprocesser, såsom tillverkning av skivnivå, eller kan användas i applikationer som kräver hög ljusstyrka.

"Polymeraxon kan inte användas vid optisk borrning, till exempel, eftersom den momentana ljuskraften är jämförbar med kraften i ett kärnkraftverk men med en extremt kort varaktighet, sa Passilly.

Mikroglasblåsning har tidigare använts för att göra mikrolinser, men det innebär vanligtvis gasexpansion från en enda reservoar. Forskarna utvecklade en axikonframställningsmetod som kombinerar gasexpansion från flera reservoarer för att producera den optiska komponentens koniska form. Tekniken formar ytan underifrån och lämnar en optisk yta av hög kvalitet, till skillnad från vanligt använda metoder som etsöverföring från en 3D-mask som graverar skivan uppifrån.

För att genomföra den nya mikroglasblåsningsmetoden, forskarna deponerade kiselhålrum i koncentriska ringar som sedan förseglades med glas under atmosfärstryck. Genom att placera kisel- och glasbunten i en ugn fick gas som fastnat i hålrummen att expandera, skapa ringformade bubblor. Dessa bubblor pressade ut glasytan för att bilda konformar och sedan polerades motsatta sidan bort för att bara lämna de formade linserna.

"Även om alla processer vi använde är standard för mikrofabrikation, vi använde dessa tekniker på icke-standardiserade sätt att göra miniatyrglasaxon, "sa Passilly." Tekniken kan tillämpas för att skapa andra former, även sådana utan cylindrisk symmetri. "