研究者らが光ファイバーの先端に石英ガラスのマイクロオプティクスを3Dプリント

研究者らが光ファイバーの先端に石英ガラスのマイクロオプティクスを3Dプリント
この投稿は Bingdunxiong によって 2024-5-17 16:54 に最後に編集されました

2024年5月17日、アンタークティックベアは、スウェーデン王立工科大学(KTH)が、研究者らが光ファイバーの先端に3Dプリントした石英ガラスのマイクロ光学デバイスを搭載し、その表面が人間の髪の毛の断面と同じくらい小さいことを発表したことを知りました。この開発により、インターネットの高速化や接続性の向上、センサーや画像システムの小型化などの革新が可能になる可能性がある。

△この研究はACS Nano誌に「光ファイバーの先端にサブ波長特性を備えた3Dプリントガラスマイクロ光学デバイス」というタイトルで掲載されました(ポータル)
研究者らによると、シリカガラス光学系と光ファイバーを統合することで、環境や医療用途向けのより感度の高いリモートセンサーなど、さまざまなイノベーションが可能になる可能性があるという。印刷技術は医薬品や化学薬品の生産においても役立ちます。 「このアプローチは、光ファイバーの先端構造を製造するためにシリカガラスを使用するという長年の制限を克服します。シリカガラスでは通常、高温処理が必要となり、温度に敏感な光ファイバーコーティングの完全性が損なわれるからです」とKTHのクリスティン・ギルファソン教授は説明します。

△研究者たちはこのプロセスを利用して、光ファイバーの先端に石英ガラスのマイクロ光学部品を3Dプリントしている。
3Dプリント石英ガラスマイクロオプティクス

KTH王立工科大学の研究者らは、光ファイバーの先端に3Dプリントした石英ガラスのマイクロオプティクスを開発し、これによりインターネット速度の向上が可能になる可能性がある。他の方法とは異なり、このプロセスで使用されるベース材料には炭素が含まれていないため、炭素を除去してガラス構造を透明にするために高温は必要ありません。

研究チームは、光ファイバーの先端に無機ガラス構造を 3D プリントする作業に 4 つのステップを踏みました。まず、シングルモード ファイバーを必要な長さに切断し、両端を切断します。次に、ファイバーをカスタムアルミニウムブラケットに通し、電動ステージに固定しました。

2 番目のステップでは、40% の水素シルセスキオキサン (HSQ) トルエン溶液をファイバーの先端に滴下して、厚さ約 100 μm のドーム型層を形成しました。 HSQ 溶液が乾燥し、ファイバーの先端に硬い層が残ります。

△チームは、光ファイバー上に石英ガラスのマイクロジャンクションを印刷する方法を実演しました。第 3 ステップでは、650 nm レーザーを注入してファイバー コアを照射し、位置合わせを補助します。最後に、第 4 ステップでは、波長 1040 nm、パルス幅 400 fs 未満のフェムト秒レーザーを使用して直接レーザー書き込み (DLW) を実行しました。

レーザーは HSQ を選択的に硬化させ、硬化していない HSQ を除去し、光ファイバーの先端に 3D プリントされた石英ガラス構造を残します。

結果は、この研究により、3D 直接レーザー書き込みガラス法における高温要件の問題が解決され、温度に敏感なコーティングを損傷することなく光ファイバーの先端にガラス構造を作成できることを示しています。

△ 3Dプリントガラスキューブの屈折率特性
より耐久性の高いセンサー

「これらの構造は非常に小さいので、砂粒の表面に1,000個を載せることができる。これは現在使用されているセンサーとほぼ同じ大きさだ」と研究の共著者であるポーハン・ファン氏は述べた。


研究者らはまた、ナノスケールの表面に極小パターンをエッチングするナノ格子印刷技術も実証した。これは光を正確に操作するのに使用でき、量子通信への応用が期待できる。

「この研究の目的は、3Dプリンティングとフォトニクスを統合し、マイクロ流体デバイス、MEMS加速度計、ファイバー統合型量子エミッターなどの分野に適用できる方法を見つけることでした」とギルファソン氏は語った。

研究者たちは現在、この技術の特許を申請している。


光ファイバー、通信、ナノ、光デバイス、DLW

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