3Dプリントを利用したコンパクトなハイブリッドレーザー設計の開発

この投稿は Bingdunxiong によって 2023-12-15 16:43 に最後に編集されました

2023年12月15日、アンタークティックベアは、3Dプリントされたポリマーマイクロオプティクスがレーザー内部で発生する熱と電力レベルに耐えられることを研究者が初めて実証したことを知りました。この進歩により、将来、自動運転車用のライダーシステムなど、さまざまな用途に使用できる、安価でコンパクトで安定したレーザー光源が可能になります。

△この図は、ファイバー結合に 3D プリントされたレンズを使用したレーザーの設計を示しています。この新しいレーザーは、ファイバーレーザーと結晶固体レーザーの利点を組み合わせたものです。「レーザー内部で直接使用されるガラスファイバーに 3D 印刷技術を使用して高品質のマイクロ光学系を製造することで、レーザーのサイズを大幅に縮小しました」と、ドイツのシュトゥットガルト大学物理学研究所 IV の研究グループ長、サイモン・アングステンベルガー氏は述べています。「このような 3D 印刷光学系が実際のレーザーで実現されたのは今回が初めてであり、その高い損傷閾値と安定性が際立っています。」

学術誌「Optics Express」で、研究者らは、光ファイバー上にマイクロ光学系を直接3Dプリントし、光ファイバーとレーザー結晶をコンパクトな単一レーザー発振器に組み合わせる方法について説明しています。得られたハイブリッドレーザーは、1063.4 nmで安定して動作し、出力は20 mWを超え、最大出力は37 mWです。

この新しいレーザーは、ファイバーレーザーのコンパクトさ、堅牢性、低コストと、さまざまな出力や色などのさまざまな特性を持つことができる結晶固体レーザーの利点を兼ね備えています。

「これまで、3D プリントされた光学部品は、内視鏡検査などの低出力用途で主に使用されてきました」とアングステンバーガー氏は説明します。「しかし、高出力が求められるリソグラフィーやレーザーマーキングなどの分野でも、潜在的な用途があります。私たちは、ファイバー上に印刷された 3D マイクロ光学部品が大量の光を一点に集中できることを実証しました。これは、がん組織の正確な破壊などの医療用途にとって重要です。」

△研究者らは光ファイバー上にマイクロレンズを直接印刷し、光ファイバーとレーザー結晶を1つのレーザー発振器内にコンパクトに組み合わせることを可能にした。
熱を上手に取り除く方法

シュトゥットガルト大学の物理学第 4 研究所は、3D プリントされたマイクロ光学デバイス、特にファイバー上に直接プリントする機能の開発において長い歴史を持っています。彼らは、赤外線レーザーを紫外線に敏感なフォトレジストに集中させる、2光子重合と呼ばれる3Dプリント法を使用しました。

レーザーの焦点領域では、2 つの赤外線光子が同時に吸収され、紫外線耐性が向上します。フォーカスポイントを移動することで、さまざまな形状を高精度に作成できます。このアプローチは、小型光学系の作成に使用できるほか、自由形状光学系や複雑なレンズシステムの作成など、新しい機能も実現できます。

△レンズ設計と焦点位置でのビームプロファイル
「これらの 3D プリントされた要素はポリマーで作られているため、レーザーキャビティ内で生成される大きな熱負荷と光出力に耐えられるかどうかは不明でした」とアングステンバーガー氏は説明します。「しかし、非常に安定しており、レーザーを数時間稼働させた後でもレンズに損傷は見られませんでした。」

新たな研究では、研究者らはナノスクライブ社製の3Dプリンターを使用し、2光子重合によって同じ直径の光ファイバーの端に直径0.25ミリメートル、高さ80ミクロンのレンズを作成した。

これには、市販のソフトウェアを使用して光学部品を設計し、光ファイバーを 3D プリンターに挿入し、ファイバーの端に小さな構造を印刷することが含まれます。このプロセスは、プリント自体の精度だけでなく、プリントと繊維の位置合わせの点でも極めて正確でなければなりません。

△この研究は「3つのプリントされたキャビティレンズを備えたハイブリッドファイバー固体レーザー」というタイトルでOptics Expressに掲載されました（ポータル）
ハイブリッドレーザーの作成

印刷が完了すると、研究者らはレーザーとレーザーキャビティを組み立てた。かさばって高価なミラーを備えたレーザー空洞内部の結晶を使用する代わりに、研究者らは光ファイバーを使用して空洞の一部を形成し、ハイブリッドファイバー結晶レーザーを作成しました。

光ファイバーの端にレンズを印刷することで、研究チームはレーザー光を集中させ、光を集めて結合し、レーザー結晶に出入りできるようにした。レーザーシステムの安定性を高め、装置のサイズを縮小するために、光ファイバーをブラケットに巧みに接着しました。この効率的な準備方法により、結晶と印刷レンズの両方が小型化され、レーザーシステム全体のサイズがわずか 5 x 5CM² になります。

数時間にわたってレーザー出力を記録した後、チームは 3D プリントされた光学系がレーザーの長期的なパフォーマンスに影響を与えないことを確認しました。走査型電子顕微鏡画像では、レーザーキャビティでの使用後に光学系に目に見える損傷は見られませんでした。「興味深いことに、3Dプリントされた光学系は、私たちが使用した市販のファイバーブラッググレーティングよりも安定していることがわかりました」とアングステンバーガー氏は付け加えた。

チームは現在、3Dプリントされた光学系の効率を最適化することに取り組んでいるという。計画では、自由形状および非球面レンズの設計を最適化し、より大きな光ファイバーを組み合わせたり、光ファイバーに直接レンズを印刷したりすることで、出力を高めることになっています。さらに、彼らは、特定の用途に合わせて出力を調整するために、レーザー内の異なるタイプの結晶を実証する予定です。

3Dプリントを利用したコンパクトなハイブリッドレーザー設計の開発

BMFの高精度3Dプリントは高速ドライブコネクタ業界に新たな選択肢を提供します

JizhishengfangとGuangyundaが共同でWu Mochouのために3Dプリントの柔軟なナイロンハイヒールをデザインしました。

大型、大容量、低コストのStratasysは、自動車部品メーカーの開発および納品能力の向上を支援します。

3Dプリントがスパゲッティのように見えないようにする方法

ハイエンド製造業のブルーオーシャンへの参入：ベルギーの 3D プリント会社 Materialise の幹部との会話

SpaceX と Velo3D が 800 万ドルの契約を締結: 戦略的なチャンスか、それとも諸刃の剣か?

シャン先生が光硬化の遊び方をみんなに教える【シリーズ4】--DLPで高精度な大判印刷を実現する仕組みを大公開

3Dプリンティングに対する新たな姿勢: マルチユニット積層造形プラットフォームに関する考察

3Dプリント穿刺テンプレート、天津で初の前立腺がん放射線治療が成功

クラリアントは革新的で持続可能なプラスチックソリューションでChinaplas 2019をリードします

推薦する

ストーク・スペース、再利用可能なロケット製造にソルコンの自動粉末除去ソリューションを導入

乳糖不耐症に朗報：南京工科大学CEJ - 3Dプリント酵素固定化フローリアクターが牛乳の乳糖を効率的に除去

GelMA 3D プリントハイドロゲル非同期薬物送達システムによる術後神経膠腫再発予防と神経再生

printpal.io は、積層造形における AI を活用した欠陥検出の新しいユースケースを開拓しました。

フィリピン科学技術省、3Dプリント技術の能力強化のため先進製造センターを開設

多機能診断および治療インプラントを実現するアルギン酸ナトリウムエアロゲルの3Dプリント

3Dスキャンと人工知能が融合すると、どのような商業価値が生まれるのでしょうか？

【分析】航空機エンジンへの3Dプリント技術の応用

eSUN Yisheng ダブル12大プロモーション「アイテム購入」戦略

新しいバイオメディカル材料は医療分野におけるブラックテクノロジーへの扉を開きます。人工血管の3Dプリントはもはや国際的な問題ではありません。

3万元！新しいデュアルフィードデュアルファンデスクトップFDM 3Dプリンター

6月23日生放送：創城クラウドSaaSプラットフォームの等角水路自動設計がまもなく開始されます

米国の研究所が、より優れた 3D プリント用金属粉末を開発: 表面が滑らかで、一貫性も良好

Optomec: チタンベースの部品を迅速かつ高品質に修復するための積層造形を中心とした完全自動化作業セルを導入!

お知らせ：北京蘇成科技は、硬質、軟質、弾性、鋳造可能な4つの高性能3Dプリント樹脂材料をリリースします