(Phys.org)—Gli scienziati hanno sviluppato un metodo per imprimere strutture 3D minuscole ma complesse sulla punta di una fibra ottica, il cui diametro di 125 µm è all'incirca lo spessore di un capello umano. Le strutture ottiche 3-D possono manipolare le proprietà della luce, come la sua fase e il fronte d'onda, che consente una varietà di applicazioni ottiche integrate tra cui la lavorazione laser, lab-on-a-fiber, e sensori biomedici. Uno dei maggiori vantaggi del nuovo metodo di nanoimprinting è che è molto meno costoso rispetto ai precedenti metodi di fabbricazione, aprendo le porte a un uso più diffuso.

I ricercatori, Giuseppe Calafiore, Alexander Koshelev, e coautori presso aBeam Technologies Inc., l'Università della California a Berkeley, e la Molecular Foundry del Lawrence Berkeley National Lab, hanno pubblicato un articolo sul nuovo metodo di nanoimprinting in un recente numero di Nanotecnologia .

"Lo sviluppo di questa nuova tecnologia offre molti vantaggi in termini di riproducibilità, flessibilità nella progettazione di strutture ottiche, così come il costo, " ha detto la coautrice Keiko Munechika di aBeam Technologies Phys.org . "Per di più, questa tecnologia consente la fabbricazione di strutture ottiche complesse costituite da materiale ad alto indice di rifrazione direttamente su una fibra. Questo apre una gamma completamente nuova di sonde e dispositivi in ​​fibra, comprese pinzette ottiche e altre applicazioni ad immersione in cui altri tipi di lenti in fibra non funzionano."

Sebbene ci siano molti modi per integrare i componenti ottici con le fibre ottiche, il collo di bottiglia di questa integrazione è la nanofabbricazione di componenti ottici 3-D direttamente sulle estremità delle fibre. La sfida è principalmente la piccola superficie, poiché la maggior parte delle tecniche di fabbricazione sono progettate per scale più grandi. Attualmente, la fabbricazione di componenti ottici su una fibra comporta tecniche costose e dispendiose in termini di tempo come la litografia a fascio di elettroni o la fresatura a fascio ionico focalizzato, che ha limitato lo sviluppo e la diffusione di dispositivi ottici integrati su fibra.

Il nuovo metodo sviluppato qui utilizza la litografia a nanoimpronta ultravioletta per stampare complessi modelli 3D sull'estremità di una fibra ottica. Dimostrare, i ricercatori hanno fabbricato un divisore di raggio 3-D contorto che divide la luce in quattro raggi di uguale intensità all'uscita dalla fibra. La fabbricazione del divisore di fascio richiede la fresatura di 255 diversi livelli di altezza su un 5 x 5 µm ² struttura, dimostrando l'alta risoluzione e precisione della tecnica litografica.

Per quanto ne sanno i ricercatori, questa è la più alta precisione litografica raggiunta fino ad oggi per l'imprinting di complesse caratteristiche 3D sull'estremità di una fibra ottica. Il processo può essere utilizzato per imprimere molti altri tipi di componenti 3D che manipolano la luce in vari modi, e farlo a un rendimento elevato ea basso costo.

"Ci sono molte potenziali applicazioni, che vanno dai biosensori, e intrappolamento ottico alle telecomunicazioni, " Munechika ha detto. "Ci sono alcune applicazioni convenzionali, in cui ingombrante, ottiche costose e di difficile allineamento possono essere invece integrate su una fibra. Un esempio è una maschera di fase a vortice che produce fasci che trasportano momento angolare. Viene utilizzato nella microscopia STED (stimolazione dell'esaurimento delle emissioni) e nelle telecomunicazioni. Integrarlo su una fibra lo rende semplicemente molto più facile da usare e riduce i costi allo stesso tempo. Esistono anche applicazioni più elaborate che aprono nuove opportunità, piuttosto che semplicemente migliorare i dispositivi esistenti. Gli esempi includono sonde ottiche a campo vicino efficienti, lenti in fibra per intrappolamento ottico, e diversi tipi di sensori chimici."

Nel futuro, i ricercatori hanno in programma di sviluppare una tecnologia per aumentare la fabbricazione e lavorare per commercializzare le sonde in fibra. Ulteriori informazioni sono disponibili su www.fiberphotonics.com.

© 2016 Phys.org