国际团队打造特殊光学玻璃光纤，可使不同波长的光实现精确聚焦

2022-10-28 17:11

来源： OFweek光通讯网

近期，来自韩国、澳大利亚、英国和德国的跨学科研究团队与莱布尼茨光子技术研究所（Leibniz IPHT）共同合作，优化并成功打造出了一种光学玻璃光纤。非常难得的是，这种光纤能够使不同波长的光非常精确地进行聚焦。

这种精度是通过光学透镜的纳米3D打印实现的，它被应用到光纤的末端。该团队表示，这一成就为显微镜和内窥镜以及激光治疗和传感器技术的应用开辟了新的可能性。这项研究近日发表在《自然·通讯》（Nature Communications）杂志上。

目前，用于医疗诊断内镜的光纤端面透镜通常存在色差的缺陷。这种光学成像误差的产生主要是因为不同波长的光的形状和折射不同，导致焦点出现偏移，也因此导致在宽波长范围内的成像出现模糊不清的现象。而消色差透镜则为减少这些光学畸变提供了一种补救办法。

据介绍，这种消色差透镜（也就是所谓的元透镜）连接在光纤的末端，通过景深成像对微小细节进行聚焦和成像。

莱布尼茨光子技术研究所（Leibniz IPHT）光纤光子学系主任Markus Schmidt教授指出：“为了实现理想的光形状和消色差聚焦，我们打造了一种超薄的聚合物基透镜，它由纳米孔形式的复杂几何结构设计组成。”

据其介绍，这种结构直接打印在商用光纤端面上的3D打印空心塔结构的顶端。通过这种方式，光纤的功能化可以使光非常有效地聚焦在一个焦点上，从而生成高分辨率的图像。

结果显示，研究人员实现的元透镜在光纤端面端部的透镜直径为100 μm，数值孔径为0．2，明显高于以往使用的消色差透镜，从而获得了更好的分辨率。该透镜可以校正光学像差，并在红外范围内精确聚焦光谱带宽为400nm的光。值得注意的是，由于单个纳米颗粒的直径从8．5 μm到13．5 μm不等，所以这使得不同波长的光可以聚焦在一个焦点上。

在实验中，研究人员以基于光纤的共聚焦扫描成像为例，演示了新型光纤的透镜和聚焦效率。通过使用消色差元光学光纤，他们获得了惊人的图像质量，高图像采集效率和不同波长下的图像高对比度。而且即使在不同波长下，焦点位置也几乎保持不变。

Schmidt博士补充称：“由于我们的纳米结构元透镜非常小且平坦，顶部带有消色差光学功能的光纤设计提供了进一步推进基于光纤技术的小型化和灵活的内镜成像系统的潜力，并能够实现更温和的微创检查。”

除了这一主要应用领域，研究人员还希望将其进一步应用于激光辅助治疗和外科手术领域，以及光纤通信和光纤传感器技术。