研究人员将微尺度透镜直接打印到光纤上，使他们能够将光纤和激光晶体紧凑地组合在单个激光振荡器内。
科学家们已经在新的微光学技术中使用了3D打印聚合物，该技术可以减小激光器的尺寸，用于各种新应用，包括实现自动驾驶汽车技术和癌症治疗的激光雷达系统。
德国斯图加特大学的一组研究人员展示了3D打印的基于聚合物的微光学器件，可以承受激光内部产生的热量和功率水平。具体来说，他们使用3D打印机直接在光纤上制造微尺度光学器件，在单个激光振荡器内显示光纤和激光晶体的紧凑组合。
“这种3D打印光学器件在现实世界激光中的首次实施”显示了光学器件对损伤的容忍度以及较小尺寸激光应用的稳定性，该大学第四物理研究所的研究负责人Simon Angstenberger说。
“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，我们大大减小了激光器的尺寸，”他解释说。
到目前为止，3D打印光学器件主要用于内窥镜检查等低功率应用，但该研究也为它们在高功率应用中的使用铺平了道路。Angstenberger说，这可能在光刻和激光打标应用中很有用，例如用于医疗的应用。
“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一个点上，这可能可用于医疗应用，例如精确破坏癌组织，”他说。
斯图加特的研究人员在他们的工作中使用了一种称为双光子聚合的3D打印方法。该技术将红外激光聚焦到紫外敏感的光刻胶中，其中激光的焦点区域将同时吸收两个红外光子。研究人员说，这有助于硬化紫外线抗蚀剂。
此外，研究人员说，移动焦点可以高精度地创建各种形状，使该方法非常适合创建小型化光学器件并允许新的功能，例如创建自由曲面光学元件或复杂的透镜系统。
在他们最近的工作中，研究人员使用Nanoscribe的3D打印机在相同直径的光纤末端制造直径为0.25毫米，高度为80微米的透镜。该技术需要几个需要精度的精确步骤，研究人员使用商业软件设计光学元件，然后将光纤放入3D打印机中。然后，他们在纤维的末端打印了一个小结构。
他们说，打印完成后，该团队开始组装激光器和激光腔，使用光纤形成腔体的一部分，从而形成混合光纤晶体激光器，而不是通常由昂贵且笨重的镜子制成的晶体。
打印在光纤末端的透镜聚焦并收集或耦合进出激光晶体的光。研究人员还将光纤粘合到支架上，以使激光系统更稳定，不易受到空气湍流的影响。研究人员说，总而言之，晶体和印刷镜片加起来只有5 X 5平方厘米。
Angstenberger承认，即使在他们的研究中实现了这些细致的步骤之后，该团队也不确定由此产生的光学结构是否能够在激光腔内发生的显着热量和光功率下正常工作。
然而，研究人员在记录了几个小时的激光功率后发现，“它们出奇地稳定，即使在运行激光几个小时后，我们也无法观察到镜头上的任何损坏，”他说。
此外，该团队在激光腔中使用光学器件后拍摄了光学元件的扫描电子显微镜图像，这些图像也没有显示任何可见的损伤。“有趣的是，我们发现印刷光学器件比我们使用的商用光纤布拉格光栅更稳定，这最终限制了我们的最大功率，”Angstenberger补充道。
研究人员在《光学快报》杂志上发布了一篇关于 他们工作的论文。他们说，他们的下一步将是优化印刷光学器件的效率。
该团队设想，具有优化的自由曲面和非球面透镜设计的较大光纤或直接打印在光纤上的透镜组合可以帮助提高输出功率。研究人员还希望在激光器中展示不同的晶体，这可以允许针对特定应用定制其输出。
