Illustrazione della fibra ottica progettata dal team KAUST, nota come raggio di Bessel, che hanno fabbricato utilizzando una tecnica chiamata litografia a due fotoni. Attestazione:KAUST; Andrea Bertoncini
Un approccio interamente basato sulla fibra per generare fasci ottici speciali, chiamato fasci di Bessel, potrebbe aprire nuove applicazioni nell'imaging, nel trapping ottico e nelle comunicazioni.
I fasci di Bessel hanno un aspetto molto diverso dai soliti fasci di luce gaussiani che si trovano nell'ottica. In particolare, possiedono diverse proprietà interessanti tra cui l'autoguarigione, la propagazione senza diffrazione e la capacità di trasportare il momento angolare orbitale (OAM). Questa famiglia di fasci, noti anche come fasci di vortice con una caratteristica forma ad anello e una regione centrale scura, include diversi "ordini" di fasci che portano diversi valori di OAM.
Tuttavia, la creazione di fasci di Bessel è alquanto scomoda:per convertire i fasci gaussiani in fasci di Bessel sono necessari diversi elementi ottici di massa, come modulatori di luce spaziale o assiconi a forma di cono.
Ora, Innem Reddy, Andrea Bertoncini e Carlo Liberale di KAUST hanno dimostrato sperimentalmente che una fibra ottica progettata su misura può fare il lavoro e generare un particolare raggio di Bessel su richiesta. Hanno pubblicato i loro risultati su Optica .
"La generazione di fasci di Bessel utilizzando le tecniche tradizionali comporta elementi ottici costosi e dispendiosi in termini di spazio che richiedono un allineamento preciso", spiega Reddy, un Ph.D. studente nel gruppo. "Optando per una soluzione basata su fibra, possiamo ottenere un generatore di fasci Bessel compatto che è preallineato e può fornire questi fasci anche in spazi remoti e ristretti, come le applicazioni endoscopiche."
"In particolare, la generazione basata su fibra di fasci di Bessel consente applicazioni innovative, come sonde endoscopiche minimamente invasive, tomografia a coerenza ottica, cattura ottica basata su fibra e manipolazione di particelle microscopiche."
La fibra del team è un capolavoro di ingegneria personalizzata. Usano una tecnica chiamata litografia a due fotoni (TPL), che consente la stampa 3D di complesse strutture ottiche per fabbricare elementi speciali di modellatura del raggio direttamente sulla punta di una fibra ottica monomodale. Il loro design ha tre segmenti che, collettivamente, allineano e trasformano in modo efficiente un raggio gaussiano convenzionale in un raggio anulare e quindi, infine, un raggio di Bessel dell'ordine e del valore OAM desiderati.
Il lavoro è l'ultimo trionfo di un programma di ricerca che intende sfruttare le potenzialità della tecnica TPL, dove la luce viene utilizzata per "scrivere" strutture ottiche fini solidificando un fotoresist.
Il team ha già utilizzato TPL per personalizzare le fibre in altri modi, inclusa la creazione di divisori di fasci di polarizzazione, gruppi di microlenti e pinzette ottiche. "La fabbricazione di dispositivi ottici sempre più sofisticati all'estremità delle fibre ottiche per consentire loro di fornire funzionalità complesse è una delle principali direzioni di ricerca del nostro gruppo", afferma Liberale. + Esplora ulteriormente
