來自韓國、澳大利亞、英國和德國的跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)——在萊布尼茨光子技術(shù)研究所(LeibnizIPHT)的參與下——首次能夠優(yōu)化光纖玻璃纖維，使不同波長的光可以非常精確地聚焦。精度水平是通過應(yīng)用到光纖末端的光學(xué)透鏡的3D納米打印來實(shí)現(xiàn)的。
這為顯微鏡和內(nèi)窺鏡以及激光治療和傳感器技術(shù)的應(yīng)用開辟了新的可能性。研究人員在《自然通訊》雜志上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。
目前用于醫(yī)療診斷的內(nèi)窺鏡檢查的光纖端面的透鏡具有色差的缺點(diǎn)。這種光學(xué)成像誤差是由不同波長(即不同光譜顏色)的光的形狀和折射不同而引起的，導(dǎo)致焦點(diǎn)偏移，從而導(dǎo)致在很寬的波長范圍內(nèi)成像模糊。消色差鏡片可以最大限度地減少這些光學(xué)像差，提供補(bǔ)救措施。
用于精確聚焦的Meta鏡頭
這種消色差鏡頭，即所謂的超鏡頭，它附著在光纖的末端，可以通過景深成像對微小細(xì)節(jié)進(jìn)行聚焦和成像，現(xiàn)在已經(jīng)由一個國際團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn).
“對于理想的光整形和消色差聚焦，我們實(shí)現(xiàn)了一種超薄聚合物基透鏡，它由納米柱形式的幾何結(jié)構(gòu)的復(fù)雜設(shè)計(jì)組成。這種結(jié)構(gòu)直接打印在3D打印空心塔結(jié)構(gòu)的尖端上商業(yè)光纖的端面之一。通過這種方式，光纖可以進(jìn)行功能化，使光可以非常有效地聚焦在焦點(diǎn)上，并可以生成高分辨率的圖像，”教授解釋說。LeibnizIPHT光纖光子學(xué)部門負(fù)責(zé)人MarkusSchmidt共同開發(fā)了光學(xué)鏡頭。
研究人員實(shí)現(xiàn)的超透鏡的透鏡直徑為100微米，數(shù)值孔徑(NA)為0.2，與之前在光纖端面使用的消色差透鏡相比明顯更高，從而實(shí)現(xiàn)了更好的分辨率。該鏡頭可以校正光學(xué)像差，并且可以非常精確地聚焦紅外范圍內(nèi)400納米光譜帶寬內(nèi)的光。
“值得注意的是，各個納米柱的高度從8.5到13.5微米不等。這使得不同波長的光可以聚焦在一個焦點(diǎn)上，”MarkusSchmidt教授說。
在實(shí)驗(yàn)研究中，研究人員能夠以基于光纖的共焦掃描成像為例，證明已開發(fā)光纖的透鏡和聚焦效率：使用具有消色差超光學(xué)的光纖，他們獲得了令人信服的圖像質(zhì)量和高圖像采集效率和不同波長的高圖像對比度。即使在不同的波長下，焦點(diǎn)位置也幾乎保持不變。
適用于各種應(yīng)用的最佳光整形
“由于開發(fā)的納米結(jié)構(gòu)超透鏡非常小且扁平，頂部帶有消色差光學(xué)器件的光纖設(shè)計(jì)提供了進(jìn)一步推進(jìn)基于光纖技術(shù)的小型化和柔性內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)的潛力，并實(shí)現(xiàn)更溫和的微創(chuàng)檢查，”MarkusSchmidt教授解釋了一個可能的應(yīng)用場景。
除了這一主要應(yīng)用領(lǐng)域外，研究人員還看到了激光輔助治療和手術(shù)、光纖通信和光纖傳感器技術(shù)等領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。
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