研究人員在光纖尖端上3D打印石英玻璃微光學器件
時間：2024-05-18 10:02 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2024年5月17日，瑞典皇家理工學院（KTH）宣稱，研究人員在光纖尖端上3D打印了石英玻璃微光學器件，它的表面與人類頭發的橫截面一樣小。這一發展可以實現更快的互聯網和更好的連接，以及更小的傳感器和成像系統等創新。
研究人員表示，將二氧化硅玻璃光學器件與光纖集成可實現多種創新，包括用于環境和醫療保健的更靈敏的遠程傳感器。打印技術在藥品和化學品生產中也很有價值。KTH教授Kristinn Gylfason解釋道：“這種方法克服了長期以來用硅玻璃制造光纖尖端結構的局限性，因為這種方法通常需要高溫處理，會損害對溫度敏感的光纖涂層的完整性。”
3D打印石英玻璃微光學器件
KTH皇家理工學院的研究人員在光纖尖端上3D打印石英玻璃微光學器件，可以實現更快的互聯網速度。與其它方法不同的是，該工藝用的基礎材料不含有碳元素，這意味著不需要高溫來去除碳，因而使玻璃結構透明。
該團隊在光纖尖端上3D打印無機玻璃結構涉及四個步驟。首先，將單模光纖切割成所需的長度并在兩端進行切割。然后將光纖穿過定制的鋁制支架并固定到電動平臺上。
第二步，將40%的氫倍半硅氧烷(HSQ)甲苯溶液滴涂到光纖尖端上，形成約100 μm厚的圓頂形層。 HSQ溶液干燥，在光纖尖端留下一層硬層。
第三步，注入650 nm激光照射纖芯，幫助對準。最后，在第四步中，使用波長為1040 nm、脈沖寬度小于400 fs的飛秒激光器進行激光直接寫入（DLW）。
激光選擇性地固化HSQ，去除未固化的HSQ，并在光纖尖端留下3D打印的石英玻璃結構。
結果表明，該工作解決了3D直接激光寫入玻璃方法中的高溫要求問題，允許在光纖尖端上創建玻璃結構，而不會損壞溫度敏感涂層。
更具彈性的傳感器
該研究的共同作者Po-Han Huang說：“這些結構非常小，你可以在一粒沙子的表面安裝1000個，這與目前使用的傳感器的大小差不多�！�
研究人員還展示了一種打印納米光柵的技術，將超小型圖案蝕刻到納米尺度的表面上，這種光柵可用于精確操縱光線，在量子通信中具有潛在的應用價值。
Gylfason說：“這研究的目的是找到一種方法來整合3D打印和光子學，以便將它們應用于微流控設備、MEMS加速度計和光纖集成量子發射器等領域。”
目前研究人員已經為這項技術申請了專利。
△該研究已發表在《ACS Nano》雜志上，題目為“在光纖尖端上3D打印具有亞波長特征的玻璃微光學器件”
研究人員表示，將二氧化硅玻璃光學器件與光纖集成可實現多種創新，包括用于環境和醫療保健的更靈敏的遠程傳感器。打印技術在藥品和化學品生產中也很有價值。KTH教授Kristinn Gylfason解釋道：“這種方法克服了長期以來用硅玻璃制造光纖尖端結構的局限性，因為這種方法通常需要高溫處理，會損害對溫度敏感的光纖涂層的完整性。”
△研究人員使用該工藝在光纖尖端3D打印石英玻璃微光學元件
3D打印石英玻璃微光學器件
KTH皇家理工學院的研究人員在光纖尖端上3D打印石英玻璃微光學器件，可以實現更快的互聯網速度。與其它方法不同的是，該工藝用的基礎材料不含有碳元素，這意味著不需要高溫來去除碳，因而使玻璃結構透明。
該團隊在光纖尖端上3D打印無機玻璃結構涉及四個步驟。首先，將單模光纖切割成所需的長度并在兩端進行切割。然后將光纖穿過定制的鋁制支架并固定到電動平臺上。
第二步，將40%的氫倍半硅氧烷(HSQ)甲苯溶液滴涂到光纖尖端上，形成約100 μm厚的圓頂形層。 HSQ溶液干燥，在光纖尖端留下一層硬層。
△該團隊演示了如何在光纖上打印石英玻璃微結
第三步，注入650 nm激光照射纖芯，幫助對準。最后，在第四步中，使用波長為1040 nm、脈沖寬度小于400 fs的飛秒激光器進行激光直接寫入（DLW）。
激光選擇性地固化HSQ，去除未固化的HSQ，并在光纖尖端留下3D打印的石英玻璃結構。
結果表明，該工作解決了3D直接激光寫入玻璃方法中的高溫要求問題，允許在光纖尖端上創建玻璃結構，而不會損壞溫度敏感涂層。
△3D打印玻璃立方體的折射率表征
更具彈性的傳感器
該研究的共同作者Po-Han Huang說：“這些結構非常小，你可以在一粒沙子的表面安裝1000個，這與目前使用的傳感器的大小差不多�！�
研究人員還展示了一種打印納米光柵的技術，將超小型圖案蝕刻到納米尺度的表面上，這種光柵可用于精確操縱光線，在量子通信中具有潛在的應用價值。
Gylfason說：“這研究的目的是找到一種方法來整合3D打印和光子學，以便將它們應用于微流控設備、MEMS加速度計和光纖集成量子發射器等領域。”
目前研究人員已經為這項技術申請了專利。
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