(a) Version couleur de la carte de dose d'ions, composé de 255 niveaux de hauteur différents, pour concevoir la structure 3D imprimée. (b) Moule en silicone fraisé utilisé pour fabriquer la structure. (c) Vue inclinée d'une fibre optique avec une structure 3D imprimée. (d) Image en gros plan de la structure 3D imprimée. Crédit :Calafiore, Koshelev, et al. ©2016 Éditions IOP
(Phys.org) - Les scientifiques ont développé une méthode pour imprimer des structures 3D minuscules mais complexes sur la pointe d'une fibre optique, dont le diamètre de 125 µm correspond à peu près à l'épaisseur d'un cheveu humain. Les structures optiques 3-D peuvent manipuler les propriétés de la lumière, tels que sa phase et son front d'onde, qui permet une variété d'applications optiques intégrées, y compris l'usinage laser, laboratoire sur fibre, et capteurs biomédicaux. L'un des plus grands avantages de la nouvelle méthode de nanoimpression est qu'elle est beaucoup moins chère que les méthodes de fabrication précédentes, ouvrant les portes à une utilisation plus répandue.
Les chercheurs, Giuseppe Calafiore, Alexandre Koshelev, et coauteurs chez aBeam Technologies Inc., l'Université de Californie à Berkeley, et la fonderie moléculaire du Lawrence Berkeley National Lab, ont publié un article sur la nouvelle méthode de nanoimpression dans un récent numéro de Nanotechnologie .
« Le développement de cette nouvelle technologie offre de nombreux avantages en termes de reproductibilité, flexibilité dans la conception des structures optiques, ainsi que le coût, " a déclaré le co-auteur Keiko Munechika chez aBeam Technologies Phys.org . "En outre, cette technologie permet la fabrication de structures optiques complexes composées d'un matériau à indice de réfraction élevé directement sur une fibre. Cela ouvre une toute nouvelle gamme de sondes et d'appareils à fibre, y compris les pinces optiques et d'autres applications d'immersion où d'autres types de lentilles à fibre ne fonctionnent pas."
Bien qu'il existe de nombreuses façons d'intégrer des composants optiques avec des fibres optiques, le goulot d'étranglement de cette intégration est la nanofabrication de composants optiques 3D directement sur les extrémités des fibres. Le défi est principalement la petite surface, puisque la plupart des techniques de fabrication sont conçues pour des échelles plus grandes. Actuellement, la fabrication de composants optiques sur une fibre implique des techniques coûteuses et chronophages telles que la lithographie par faisceau d'électrons ou le broyage par faisceau d'ions focalisé, ce qui a limité le développement et la généralisation des dispositifs optiques intégrés sur fibre.
La nouvelle méthode développée ici utilise la lithographie par nanoimpression ultraviolette pour imprimer des motifs 3-D complexes à l'extrémité d'une fibre optique. Démontrer, les chercheurs ont fabriqué un diviseur de faisceau 3-D alambiqué qui divise la lumière en quatre faisceaux d'intensité égale à la sortie de la fibre. La fabrication du séparateur de faisceau nécessite le fraisage de 255 niveaux de hauteur différents sur un 5 x 5 µm 2 structure, démontrant la haute résolution et la précision de la technique lithographique.
A la connaissance des chercheurs, il s'agit de la plus haute précision lithographique atteinte à ce jour pour l'impression de caractéristiques 3D complexes à l'extrémité d'une fibre optique. Le processus peut être utilisé pour imprimer de nombreux autres types de composants 3D qui manipulent la lumière de diverses manières, et le faire à un débit élevé et à faible coût.
« Il existe de nombreuses applications potentielles, allant des biocapteurs, et piégeage optique aux télécommunications, " a déclaré Munechika. "Il existe des applications conventionnelles, dans lequel encombrant, des optiques coûteuses et difficiles à aligner peuvent être à la place intégrées sur une fibre. Un tel exemple est un masque de phase de vortex qui produit des faisceaux porteurs de moment angulaire. Il est utilisé en microscopie STED (déplétion par émission stimulée) et en télécommunications. L'intégrer sur une fibre le rend simplement beaucoup plus facile à utiliser et réduit les coûts en même temps. Il existe également des applications plus élaborées qui ouvrent de nouvelles opportunités, plutôt que de simplement améliorer les appareils existants. Les exemples incluent des sondes optiques de champ proche efficaces, lentilles à fibres pour piégeage optique, et différents types de capteurs chimiques."
À l'avenir, les chercheurs prévoient de développer une technologie pour intensifier la fabrication et travailler à la commercialisation des sondes à fibre. Plus d'informations peuvent être trouvées sur www.fiberphotonics.com.
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