(Phys.org) – Forskare har utvecklat en metod för att trycka in små men komplexa 3D-strukturer på spetsen av en optisk fiber, vars 125 µm diameter är ungefär lika tjock som ett människohår. De optiska 3D-strukturerna kan manipulera ljusets egenskaper, som dess fas och vågfront, som möjliggör en mängd olika integrerade optikapplikationer inklusive laserbearbetning, labb-på-fiber, och biomedicinska sensorer. En av de största fördelarna med den nya nanoimprinting-metoden är att den är mycket billigare än tidigare tillverkningsmetoder, öppna dörrarna för mer utbredd användning.

Forskarna, Giuseppe Calafiore, Alexander Koshelev, och medförfattare på aBeam Technologies Inc., University of California i Berkeley, och Molecular Foundry vid Lawrence Berkeley National Lab, har publicerat en artikel om den nya metoden för nanoimprinting i ett nyligen utgåva av Nanoteknik .

"Utvecklingen av denna nya teknik erbjuder många fördelar när det gäller reproducerbarhet, flexibilitet i utformningen av optiska strukturer, samt kostnad, " berättade medförfattaren Keiko Munechika på aBeam Technologies Phys.org . "Vidare, denna teknologi möjliggör tillverkning av komplexa optiska strukturer som består av material som har ett högt brytningsindex direkt på en fiber. Detta öppnar upp ett helt nytt sortiment av fibersonder och enheter, inklusive optisk pincett och andra nedsänkningsapplikationer där andra typer av fiberlinser inte fungerar."

Även om det finns många sätt att integrera optiska komponenter med optiska fibrer, flaskhalsen för denna integration är nanofabrication av 3-D optiska komponenter direkt på fibrernas ändar. Utmaningen är främst den lilla ytan, eftersom de flesta tillverkningstekniker är designade för större skalor. För närvarande, tillverkning av optiska komponenter på en fiber involverar dyra och tidskrävande tekniker såsom elektronstrålelitografi eller fokuserad jonstrålfräsning, vilket har begränsat utvecklingen och den utbredda användningen av optiska enheter integrerade på en fiber.

Den nya metoden som utvecklats här använder ultraviolett nanoimprint litografi för att skriva ut komplexa 3D-mönster på änden av en optisk fiber. Att demonstrera, forskarna tillverkade en invecklad 3D-stråldelare som delar upp ljus i fyra strålar med samma intensitet när de lämnar fibern. Att tillverka stråldelaren kräver fräsning av 255 olika höjdnivåer på en 5 x 5 µm ² strukturera, visar den litografiska teknikens höga upplösning och precision.

Så vitt forskarna vet, detta är den högsta litografiska noggrannheten som hittills uppnåtts för att sätta in komplexa 3D-funktioner på änden av en optisk fiber. Processen kan användas för att trycka många andra typer av 3D-komponenter som manipulerar ljus på olika sätt, och gör det till en hög genomströmning och låg kostnad.

"Det finns många potentiella applikationer, allt från biosensorer, och optisk fällning för telekommunikation, " sade Munechika. "Det finns några konventionella applikationer, där skrymmande, dyr och svårjusterad optik kan istället integreras på en fiber. Ett sådant exempel är en virvelfasmask som producerar strålar som bär rörelsemängd. Den används i STED (stimulated emission depletion) mikroskopi och telekommunikation. Att integrera den på en fiber gör den helt enkelt mycket lättare att använda och minskar samtidigt kostnaden. Det finns också mer genomarbetade applikationer som öppnar upp för nya möjligheter, snarare än att bara förbättra befintliga enheter. Exempel inkluderar effektiva optiska närfältssonder, fiberlinser för optisk infångning, och olika typer av kemiska sensorer."

I framtiden, forskarna planerar att utveckla teknik för att skala upp tillverkningen och arbeta med att kommersialisera fiberproberna. Mer information finns på www.fiberphotonics.com.

© 2016 Phys.org