L'insertion d'air dans du verre chaud pour former une bulle est utilisée pour fabriquer des objets en verre depuis l'époque romaine. Dans un nouveau travail, les chercheurs appliquent ces mêmes principes de soufflage de verre à une échelle microscopique pour fabriquer des lentilles miniatures spécialisées en forme de cône connues sous le nom d'axicons.

Les axes sont utilisés pour façonner la lumière laser d'une manière bénéfique pour le perçage optique, imager et créer des pièges optiques pour manipuler des particules ou des cellules. Ces verres sont connus depuis plus de 60 ans, mais leur fabrication, surtout quand il est petit, n'est pas facile.

"Notre technique a le potentiel de produire des axicones miniatures robustes en verre à faible coût, qui pourraient être utilisés dans des systèmes d'imagerie miniaturisés pour des applications d'imagerie biomédicale, comme la tomographie par cohérence optique, ou OCT, " a déclaré Nicolas Passilly, membre de l'équipe de recherche de l'Institut FEMTO-ST en France.

Dans la revue The Optical Society (OSA) Lettres d'optique , les chercheurs décrivent la nouvelle approche de fabrication, qui est basé sur les mêmes procédés que ceux utilisés pour fabriquer un grand nombre de circuits photoniques et électroniques en parallèle sur des tranches de semi-conducteur. Les chercheurs ont utilisé leur approche pour créer des axicones en verre avec des diamètres de 0,9 et 1,8 millimètres et ont montré qu'ils ont réussi à générer des faisceaux de Bessel.

"La microfabrication au niveau des tranches permet d'intégrer les axicons dans des microsystèmes plus complexes créés également au niveau des tranches, conduisant à un système constitué d'un empilement de plaquettes, " a déclaré Passilly. " Ce type d'intégration s'accompagne de meilleurs alignements optiques, des emballages sous vide hautes performances et des coûts bien moindres pour les systèmes finaux car un grand nombre peut être traité simultanément."

Création d'une microlentille

Lorsqu'il est utilisé avec un laser, les axicons créent un faisceau de lumière qui commence comme un faisceau semblable à celui de Bessel - un faisceau non diffractant avec une intensité maximale sur son axe - puis se transforme en un faisceau creux plus éloigné de l'axicon. Les faisceaux de type Bessel présentent une profondeur de champ qui peut être supérieure de plusieurs ordres de grandeur à celle d'un faisceau focalisé par une lentille arrondie traditionnelle d'un diamètre similaire. La profondeur de champ élevée du faisceau permet aux forets optiques d'atteindre plus profondément et de créer des images OCT de meilleure qualité. Pour pince à épiler optique, à la fois les parties de type Bessel et creuses du faisceau peuvent être utilisées pour piéger des particules ou des cellules.

Les techniques traditionnellement utilisées pour fabriquer des axicons en verre ne peuvent produire qu'une seule lentille à la fois. Bien que des axicones moins coûteux puissent être fabriqués en polymère, ceux-ci ne peuvent pas résister aux processus à haute température tels que la fabrication au niveau des tranches ou être utilisés dans des applications nécessitant des niveaux élevés de puissance lumineuse.

"Les axicons polymères ne peuvent pas être utilisés dans le perçage optique, par exemple, car la puissance lumineuse instantanée est comparable à la puissance d'une centrale nucléaire mais avec une durée extrêmement courte, " dit Passilly.

Le micro-soufflage du verre a déjà été utilisé pour fabriquer des microlentilles, mais il s'agit généralement d'une expansion de gaz à partir d'un seul réservoir. Les chercheurs ont développé une méthode de fabrication d'axicon qui combine l'expansion de gaz à partir de plusieurs réservoirs pour produire la forme conique du composant optique. La technique façonne la surface par le dessous en laissant une surface optique de haute qualité, contrairement aux méthodes couramment utilisées comme le transfert de gravure à partir d'un masque 3D qui grave la plaquette par le dessus.

Pour réaliser la nouvelle méthode de soufflage du micro-verre, les chercheurs ont déposé des cavités de silicium dans des anneaux concentriques qui ont ensuite été scellés avec du verre sous pression atmosphérique. Le placement de la pile de silicium et de verre dans un four a provoqué l'expansion du gaz piégé dans les cavités, créant des bulles en forme d'anneau. Ces bulles ont poussé hors de la surface du verre pour former des formes de cône, puis le côté opposé a été poli pour ne laisser que les lentilles en forme.

"Bien que tous les procédés que nous avons utilisés soient standard pour la microfabrication, nous avons appliqué ces techniques de manière non standard pour fabriquer des axicons miniatures en verre, " dit Passilly. " La technique pourrait être appliquée pour créer d'autres formes, même ceux sans symétrie cylindrique."