과학자들은 고효율, 고정밀 3D 광 조형 장치를 위한 새로운 방법을 개발했습니다.

광 컴퓨팅, 통합 포토닉스, 디지털 홀로그래피와 같은 최신 기술은 모두 3차원 공간에서 광 신호를 유연하게 조작할 것을 요구합니다. 이 과정에서 원하는 응용 프로그램에 따라 광 흐름을 형성하고 안내하는 것이 중요합니다.

매질 내의 빛의 흐름은 굴절률에 의해 제어되기 때문에, 매질 내의 광학 경로를 제어하기 위해 굴절률의 특정 조작이 필요합니다. 이를 달성하기 위해 과학자들은 소위 "비주기적 광자 체적 요소"(APVE)를 개발했습니다. 이는 특정 굴절률이 미리 정해진 위치에 배치되어 빛의 흐름을 제어된 방식으로 안내하는 마이크로스케일 폭셀입니다. 그러나 이러한 요소를 조각하려면 높은 정밀도가 필요하며, 대부분의 광 형성 재료는 2D 구성으로 제한되거나 궁극적으로 출력 빔 프로파일이 감소합니다.

최근 광자학 저널 "APNexus"에 게재된 연구에서는 고정밀 APVE를 생산하는 간단한 방법을 제시하고 다양한 응용 분야에서의 사용을 입증했습니다. 이 연구는 오스트리아 인스브루크 의대의 Alexander Jesacher가 주도했으며, 앞서 언급한 광 셰이핑의 한계를 극복했습니다.

이 방법은 붕규산 유리 내부에 특정 굴절률을 갖는 폭셀을 3차원으로 배열하여 다양한 응용 분야에서 빛을 정밀하게 유도하는 고속 레이저 기술인 "직접 레이저 쓰기"(DLW)라는 기술을 사용합니다.

보고에 따르면, 연구자들은 필요한 정확도를 달성하기 위해 폭셀의 최적 위치를 결정하기 위해 매체를 통과하는 빛을 자극하는 알고리즘을 설계했습니다. 이를 바탕으로 그들은 154,000분 안에 308,000~20개의 폭셀을 생성할 수 있었으며, 각 폭셀의 부피는 약 1.75μm x 7.5μm x 10μm였습니다. 또한 그들은 동적 파면 제어를 사용하여 프로세스 중에 기판에 초점이 맞춰진 레이저의 구면 수차(빔 프로파일 왜곡)를 보상했습니다. 이를 통해 매체 내의 모든 깊이에서 각 폭셀의 프로파일이 일관되게 유지되었습니다.

연구팀은 이 방법의 적용 가능성을 보여주기 위해 세 가지 유형의 APVE를 개발했습니다. 입력 빔의 강도 분포를 제어하기 위한 강도 셰이퍼, 입력 빔의 빨간색, 녹색, 파란색 스펙트럼 전송을 제어하기 위한 RGB 멀티플렉서, 데이터 전송 속도를 향상시키기 위한 에르미트-가우시안(HG) 모드 정렬기입니다.

이 팀은 강도 셰이퍼를 사용하여 가우시안 빔을 마이크로스케일 미소 짓는 호 모양 광 분포로 변환한 다음, 멀티플렉서를 사용하여 미소 짓는 호 모양 분포의 다른 부분을 다른 색상으로 표현하고, 마지막으로 HG 모드 정렬기를 사용하여 광섬유로 전송된 여러 가우시안 모드를 HG 모드로 변환했습니다. 모든 경우에서 이 장치는 상당한 손실 없이 입력 신호를 전송하고 최대 80%의 기록적인 회절 효율을 달성하여 APVE의 새로운 벤치마크를 설정했습니다.

이 새로운 방법은 고도로 통합된 3D 광 형성 장치의 신속한 프로토타입을 위한 이상적인 저비용 플랫폼으로의 문을 엽니다. 단순성, 저비용 및 높은 정밀도 외에도 이 방법은 비선형 재료를 포함한 다른 기판으로 확장될 수도 있습니다. 유연성 덕분에 정보 전송, 광 컴퓨팅, 멀티모드 파이버 이미징, 비선형 광자학 및 양자 광학과 같은 분야에서 사용할 수 있는 광범위한 3D 장치를 설계하는 데 적합합니다.

출처 오브위크닷컴