斯图加特大学第四物理研究所的研究人员证明了3D打印聚合物基微光学器件在苛刻的激光环境中的可行性。
该研究在《光学杂志》上进行了详细介绍，概述了使用3D打印技术直接在光纤上制造微尺度光学器件，将光纤和激光晶体无缝集成到单个激光振荡器中。为了保持稳定性，所得混合激光器在 1063.4 nm 处产生超过 20 mW 的一致输出，达到 37 mW 的峰值。这款激光器的与众不同之处在于它结合了光纤激光器的紧凑性、耐用性和成本效益，以及晶体基固态激光器的多功能特性，包括各种功率和颜色。这项研究代表了在创造经济实惠、小型和可靠的激光器方面取得的重大进展，尤其有利于自动驾驶汽车中的激光雷达系统。
“通过使用3D打印直接在激光器内部使用的玻璃纤维上制造高质量的微光学器件，我们显着减小了激光器的尺寸，”斯图加特大学第四物理研究所的研究团队负责人Simon Angstenberger说。“这是这种3D打印光学器件在现实世界激光器中的首次实现，突出了它们的高损伤阈值和稳定性。
斯图加特大学第四物理研究所一直积极参与推进3D打印微光学技术的发展，特别是在直接打印到光纤上。使用双光子聚合3D打印方法，研究人员实现了高精度小型化光学器件的创建，并引入了自由曲面光学器件和复杂透镜系统等新功能。
在这项研究中，使用Nanoscribe 3D打印机通过双光子聚合直接在尺寸匹配的光纤上制造直径为0.25毫米，高度为80微米的透镜。该过程包括使用商业软件设计光学元件，将光纤插入3D打印机，并在光纤末端执行复杂结构的打印。将印刷与纤维对齐的精度和确保印刷过程的准确性是这一细致程序的关键方面。
打印后，研究人员组装了激光器及其腔体，选择了光纤而不是传统的镜子。这种方法产生了混合光纤晶体激光器，印刷透镜聚焦并收集进出激光晶体的光。然后将光纤固定在支架上，以增强系统稳定性并降低对空气湍流的敏感性，从而形成紧凑的 5 x 5 cm2激光系统。
在几个小时内，对激光功率进行了持续监测，确认打印的光学元件没有劣化，也没有对激光器的长期性能产生不利影响。在激光腔中使用后光学元件的扫描电子显微镜图像显示没有可见的损伤。研究人员目前专注于优化印刷光学器件的效率，探索更大的光纤和不同的透镜设计，以提高输出功率和特定应用的定制选项。
“到目前为止，3D打印光学器件主要用于内窥镜检查等低功耗应用，”Angstenberger说。“例如，将它们用于高功率应用的能力可能对光刻和激光打标有用。我们表明，这些打印在光纤上的3D微光学器件可用于将大量光聚焦到单个点，这对于医疗应用非常有用。
在接受3D打印行业采访时，Fraunhofer IAPT的L-PBF负责人Philipp Kohlwes分享了该研究所的光束整形研究，以提高金属3D打印的稳定性和生产力。该研究的重点是调整激光轮廓以优化激光粉末床熔融中的熔池能量输入，解决传统高斯轮廓引起的问题。光束整形对于激光轮廓调整至关重要，可确保均匀的温度分布。该技术具有增强的微观结构控制、潜在的成本节约以及高达 2.5 倍的打印速度等优势，有助于提高生产率。
去年 1 月，3DM Digital Manufacturing 推出了一项技术，使用户能够针对特定材料或应用定制他们的选择性激光烧结 3D 打印激光器。使用量子级联激光器，该公司专有的激光器可提供可调节的波长、更快的激光吸收和高表面光洁度。随着在聚合物制造中的应用，这种可扩展的技术旨在扩大工业3D打印的市场份额。
