來自韓國、澳大利亞、英國和德國的跨學科研究團隊——在萊布尼茨光子技術研究所(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。精度水平是通過應用到光纖末端的光學透鏡的3D納米打印來實現(xiàn)的。
這為顯微鏡和內窺鏡以及激光治療和傳感器技術的應用開辟了新的可能性。研究人員在《自然通訊》雜志上發(fā)表了他們的研究結果。
目前用于醫(yī)療診斷的內窺鏡檢查的光纖端面的透鏡具有色差的缺點。這種光學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，導致焦點偏移，從而導致在很寬的波長范圍內成像模糊。消色差鏡片可以最大限度地減少這些光學像差，提供補救措施。
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節(jié)進行聚焦和成像，現(xiàn)在已經(jīng)由一個國際團隊首次實現(xiàn).
“對于理想的光整形和消色差聚焦，我們實現(xiàn)了一種超薄聚合物基透鏡，它由納米柱形式的幾何結構的復雜設計組成。這種結構直接打印在3D打印空心塔結構的尖端上商業(yè)光纖的端面之一。通過這種方式，光纖可以進行功能化，使光可以非常有效地聚焦在焦點上，并可以生成高分辨率的圖像，”教授解釋說。LeibnizIPHT光纖光子學部門負責人MarkusSchmidt共同開發(fā)了光學鏡頭。
研究人員實現(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，從而實現(xiàn)了更好的分辨率。該鏡頭可以校正光學像差，并且可以非常精確地聚焦紅外范圍內400納米光譜帶寬內的光。
“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上，”MarkusSchmidt教授說。
在實驗研究中，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的光纖，他們獲得了令人信服的圖像質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，焦點位置也幾乎保持不變。
適用于各種應用的最佳光整形
“由于開發(fā)的納米結構超透鏡非常小且扁平，頂部帶有消色差光學器件的光纖設計提供了進一步推進基于光纖技術的小型化和柔性內窺鏡成像系統(tǒng)的潛力，并實現(xiàn)更溫和的微創(chuàng)檢查，”MarkusSchmidt教授解釋了一個可能的應用場景。
除了這一主要應用領域外，研究人員還看到了激光輔助治療和手術、光纖通信和光纖傳感器技術等領域的進一步應用。
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