Illustration av KAUST-teamets specialkonstruerade optiska fiber, känd som en Bessel-stråle, som de tillverkade med en teknik som kallas tvåfotonlitografi. Kredit:KAUST; Andrea Bertoncini
Ett helt fiberbaserat tillvägagångssätt för att generera speciella optiska strålar, kallade Bessel-strålar, kan öppna upp för nya tillämpningar inom bildbehandling, optisk infångning och kommunikation.
Bessel-strålar ser ganska annorlunda ut från de vanliga gaussiska ljusstrålarna som finns i optik. I synnerhet har de flera intressanta egenskaper inklusive självläkande, diffraktionsfri utbredning och förmågan att bära orbital vinkelmoment (OAM). Denna familj av strålar – även känd som virvelbalkar med en karakteristisk ringliknande form och ett mörkt centralt område – inkluderar olika "ordningar" av strålar med olika värden på OAM.
Men skapandet av Bessel-strålar är något obekvämt:flera optiska bulkelement, såsom rumsliga ljusmodulatorer eller konformade axikoner, behövs för att omvandla Gauss-strålar till Bessel-strålar.
Nu har Innem Reddy, Andrea Bertoncini och Carlo Liberale från KAUST experimentellt visat att en specialtillverkad optisk fiber kan göra jobbet och generera en speciell Bessel-stråle på begäran. De har publicerat sina resultat i Optica .
"Att generera Bessel-strålar med traditionella tekniker innebär utrymmeskrävande, dyra optiska element som kräver exakt inriktning", förklarar Reddy, en Ph.D. elev i gruppen. "Genom att välja en fiberbaserad lösning kan vi få en kompakt Bessel-strålegenerator som är förinställd och kan leverera dessa strålar även i avlägsna och trånga utrymmen, såsom endoskopiska applikationer."
"Särskilt tillåter den fiberbaserade generationen av Bessel-strålar innovativa tillämpningar, såsom minimalt invasiva endoskopiska sonder, optisk koherenstomografi, fiberbaserad optisk infångning och manipulering av mikroskopiska partiklar."
Teamets fiber är ett mästerverk inom specialdesign. De använder en teknik som kallas tvåfotonlitografi (TPL), som möjliggör 3D-utskrift av invecklade optiska strukturer för att tillverka speciella strålformande element direkt på spetsen av en enmodig optisk fiber. Deras design har tre segment som tillsammans effektivt riktar in och omvandlar en konventionell gaussisk stråle till en ringformad stråle och sedan, slutligen, en Bessel-stråle av önskad ordning och OAM-värde.
Arbetet är den senaste triumfen i ett forskningsprogram som har för avsikt att utnyttja potentialen hos TPL-tekniken, där ljus används för att "skriva" fina optiska strukturer genom att stelna en fotoresist.
Teamet har redan använt TPL för att anpassa fibrer på andra sätt, inklusive skapandet av polarisationsstråldelare, mikrolinsenheter och optiska pincett. "Att tillverka allt mer sofistikerade optiska enheter på änden av optiska fibrer för att ge dem möjlighet att leverera komplexa funktioner är en av de viktigaste forskningsinriktningarna för vår grupp", säger Liberale. + Utforska vidare
