Yn y blynyddoedd diwethaf, mae technoleg argraffu 3D wedi cael ei ddefnyddio'n gynyddol mewn amrywiaeth o ddiwydiannau, yn enwedig mewn gweithgynhyrchu manwl gywir ac opteg. Yn ddiweddar, gwnaeth tîm o ymchwilwyr o Brifysgol Stuttgart yn yr Almaen adatblygiad mawrpan ddangoson nhw am y tro cyntaf bod opteg bach yn seiliedig ar bolymerau wedi'u hargraffu 3D yn gallu gwrthsefyll y gwres a'r pŵer a gynhyrchir y tu mewn i laser. Mae'r darganfyddiad hwn yn paratoi'r ffordd ar gyfer cynhyrchu ffynonellau laser rhad, cryno a sefydlog sy'n hynod bwysig mewn amrywiaeth o senarios cymhwyso, yn enwedig mewn systemau LIDAR a ddefnyddir mewn ceir hunan-yrru.
Dywedodd Simon Angstenberger, pennaeth y tîm ymchwil yn Sefydliad Ffiseg IV ym Mhrifysgol Stuttgart: "Gan ddefnyddio technoleg argraffu 3D, rydym wedi creu micro-opteg o ansawdd uchel yn uniongyrchol ar y ffibrau gwydr y tu mewn i'r laser, gan leihau ei faint yn sylweddol. Dyma'r tro cyntaf i opteg argraffedig 3D o'r fath gael eu defnyddio mewn laser gwirioneddol, gan ddangos yn llawn eu trothwy goddefgarwch difrod uchel a'u sefydlogrwydd."
Yn y cyfnodolyn Optics Letters, mae'r tîm yn disgrifio'n fanwl sut y gwnaethant argraffu'r micro-opteg yn 3D yn uniongyrchol ar y ffibr optegol, gan gyfuno'r ffibr yn dynn â'r grisial laser mewn un osgiliadur laser. Roedd y laser hybrid yn gallu gweithredu'n sefydlog ar 1063.4 nm gyda phŵer allbwn o fwy nag 20 mW ac uchafswm pŵer allbwn o 37 mW.
Mae'r laser newydd yn cyfuno crynoder, cadernid, a manteision cost isel laserau ffibr â manteision laserau cyflwr solet sy'n seiliedig ar grisial, sydd ag ystod eang o nodweddion perfformiad megis pwerau a lliwiau gwahanol. Dangosir dyluniad y laser cyplydd ffibr gan ddefnyddio lens wedi'i argraffu 3D yn Ffig. 1.
Mae Simon Angstenberger yn nodi, "Hyd yn hyn, mae opteg argraffedig 3D wedi'u defnyddio'n bennaf mewn senarios pŵer isel, megis endosgopi. Fodd bynnag, rydym yn dangos potensial y technolegau hyn ar gyfer cymwysiadau pŵer uchel, megis ar gyfer ffotolithograffeg a marcio laser. Rydym yn dangos y gall y micro-optegau 3D hyn sydd wedi'u hargraffu'n uniongyrchol ar ffibrau optegol ganolbwyntio llawer iawn o olau i un pwynt, sydd o werth mawr mewn cymwysiadau mewn meddygaeth, megis dinistrio celloedd canser yn union."
Gwneud lensys microscale yn uniongyrchol ar ffibrau optegol
Mae gan y Sefydliad Ffiseg IV ym Mhrifysgol Stuttgart brofiad ymchwil helaeth ym maes micro-opteg printiedig 3D, gydag arbenigedd penodol mewn argraffu yn uniongyrchol ar ffibrau optegol. Maent yn defnyddio dull argraffu 3D o'r enw "polymerization dau-ffoton", lle mae laser isgoch wedi'i ganolbwyntio ar ffotoresydd sy'n sensitif i UV.
Yn ardal ffocws y laser, mae dau ffoton isgoch yn cael eu hamsugno ar yr un pryd, sy'n gwella ymwrthedd UV. Trwy symud y canolbwynt, gellir creu siapiau lluosog gyda manwl gywirdeb uchel. Mae'r dechnoleg hon nid yn unig yn galluogi gwneuthuriad opteg bach ond hefyd swyddogaethau newydd megis creu elfennau optegol ffurf rydd neu systemau lens cymhleth.
Mae'r cydrannau argraffedig 3D hyn wedi'u gwneud o bolymerau, ac nid oeddem yn siŵr a fyddent yn gallu gwrthsefyll y symiau mawr o wres a phŵer optegol a gynhyrchir yn y ceudod laser," meddai Simon Angstenberger. Fodd bynnag, canfuwyd yn ddiweddarach na welwyd unrhyw ddifrod ar y lensys hyd yn oed ar ôl rhedeg y laser am gyfnod hir o amser am sawl awr, sy'n profi eu sefydlogrwydd uchel iawn."
Yn yr astudiaeth ddiweddaraf hon, defnyddiodd yr ymchwilwyr argraffydd 3D a weithgynhyrchwyd gan Nanoscribe i wneud lensys â diamedr o 0.25 mm ac uchder o 80 μm ar ddiwedd ffibrau optegol o'r un diamedr trwy gyfrwng dwy-. polymerization ffoton (Ffig. 2). Mae'r broses yn cynnwys dylunio'r opteg, gosod y ffibr yn yr argraffydd 3D, ac yna argraffu'r microstrwythur yn union ar ddiwedd y ffibr, sy'n gofyn am lefel uchel o gywirdeb wrth aliniad y ffibrau printiedig ac yn yr argraffu ei hun.
Creu'r Laser Hybrid
Ar ôl i'r argraffu 3D gael ei gwblhau, aeth y tîm ati i gydosod y laser a'r ceudod laser. Yn wahanol i geudodau laser traddodiadol sy'n defnyddio drychau swmpus a drud, fe wnaethant ddefnyddio ffibrau i ffurfio rhan o'r ceudod, gan greu laser crisial ffibr hybrid unigryw. Yn y dyluniad hwn, defnyddir lensys bach sydd wedi'u hargraffu ar ddiwedd y ffibr i ganolbwyntio a chasglu neu gyplu'r golau a allyrrir ac a dderbynnir gan y grisial laser. Er mwyn gwella sefydlogrwydd y system a lleihau effeithiau tyrfedd aer, sicrhaodd yr ymchwilwyr y ffibr i ddeiliad. Yn nodedig, mae gan y grisial a'r lens argraffedig faint cryno iawn o 5 × 5 cm².
Trwy gofnodi allbwn pŵer y laser yn barhaus am sawl awr, gwiriodd yr ymchwilwyr nad oedd unrhyw ddiraddiad ym mherfformiad yr opteg argraffedig 3D yn y system ac nad oedd yn effeithio ar effeithiolrwydd gweithredol hirdymor y laser. Yn ogystal, ni ddatgelodd arsylwi'r opteg yn y ceudod laser gan ddefnyddio microsgop electron sganio unrhyw ddifrod gweladwy. Nododd Simon Angstenberger, "Canfuom fod yr opteg argraffedig yn fwy sefydlog o'i gymharu â'r gratio Bragg ffibr masnachol a ddefnyddiwyd gennym, a oedd yn y pen draw yn cyfyngu ar ein pŵer mwyaf."
Mae'r tîm ymchwil ar hyn o bryd yn gweithio i wneud y gorau o effeithlonrwydd opteg printiedig 3D. Maent yn bwriadu defnyddio ffibrau optegol mwy gyda chynlluniau lens ffurf rydd optimaidd a lens asfferig neu geisio argraffu cyfuniadau lens yn uniongyrchol ar y ffibr i hybu pŵer allbwn. Ar yr un pryd, maent yn bwriadu defnyddio gwahanol fathau o grisialau yn y laserau, a fydd yn galluogi addasu ac optimeiddio nodweddion allbwn ar gyfer cymwysiadau penodol.
