环境和健康科学以及工业界对便携式气体传感器的需求不断增长。谐振光学传感器，特别是平面微谐振器，结合了高灵敏度和小占地面积，这使得它们成为这些应用的良好候选者。这些导波传感器的传感原理基于目标分子存在时光谱响应的变化。用于探测此类光谱偏移的激光源应发射单模且偏振稳定的光束，并且应在至少几纳米范围内进行光谱调谐。
法国图卢兹大学的一组研究人员旨在使用近红外单模激光二极管源（即垂直腔表面发射激光器或 VCSEL）制造用于氨气检测的紧凑光学微系统。这种半导体激光二极管非常紧凑，只需调节工作电流即可在几纳米范围内进行光谱调谐。此外，他们工作中使用的特定 VCSEL 芯片在其表面蚀刻有光栅浮雕，可确保发射光束具有良好的偏振稳定性。然而，虽然它比 LED 或标准边缘发射激光二极管小，但该 VCSEL 芯片的光束发散度对于光学微系统中的大多数实际用途来说太大了。在这项研究中，目标工作距离 (2 mm) 处的光斑尺寸确实大于 250μm。它应减小到小于 100μm，以确保与检测区域的最佳耦合。遗憾的是，具有减小发散度的偏振稳定单模 VCSEL 芯片尚未商用。因此，挑战在于找到一种准确的方法，将准直微透镜直接集成在小尺寸 VCSEL 芯片（200x200x150 µm）上。3 ) 已经安装在印刷电路板上。
在发表在《光学微系统杂志》上的这项工作中，研究人员证明，可以利用双光子聚合 3D 打印一步制造出这样的微透镜，并且写入时间仅为五分钟。为此，他们优化了透镜设计和制造条件，以获得足够的表面质量和合适的焦距。激光芯片的光束发散角可以从14.4°减少到3°，相当于2毫米距离处的光束光斑尺寸仅为55微米。他们还从实验和理论上研究了添加透镜对器件光谱特性的影响，并提出了一种新设计以避免调谐范围缩小。
该团队的工作展示了双光子聚合 3D 打印作为一种在后安装阶段进行 VCSEL 准直的快速而准确的技术的重要性，并为开发可直接集成在便携式光学传感系统中的优化激光芯片铺平了道路。
