Naukowcy opracowali nową metodę wysoce wydajnego i precyzyjnego urządzenia do kształtowania światła 3D -

Nowoczesne technologie, takie jak obliczenia optyczne, zintegrowana fotonika i holografia cyfrowa, wymagają elastycznej manipulacji sygnałami świetlnymi w przestrzeni trójwymiarowej. W tym procesie kształtowanie i kierowanie przepływem światła zgodnie z pożądanym zastosowaniem jest kluczowe.

Ponieważ przepływ światła w medium jest kontrolowany przez jego współczynnik refrakcji, wymagana jest konkretna manipulacja współczynnikiem refrakcji, aby kontrolować ścieżki optyczne w medium. Aby to osiągnąć, naukowcy opracowali tak zwane „aperiodyczne fotoniczne elementy objętościowe” (APVE), które są mikroskalowymi wokselami o określonych współczynnikach refrakcji umieszczonymi w ustalonych pozycjach, aby kierować przepływem światła w sposób kontrolowany. Jednak rzeźbienie tych elementów wymaga wysokiej precyzji, a większość materiałów kształtujących światło jest ograniczona do konfiguracji 2D lub ostatecznie skutkuje zmniejszonymi profilami wiązki wyjściowej.

Niedawno w czasopiśmie poświęconym fotonice „APNexus” opublikowano badanie, w którym przedstawiono prostą metodę produkcji APVE o wysokiej precyzji i wykazano ich zastosowanie w wielu zastosowaniach. Badania te prowadził Alexander Jesacher z Uniwersytetu Medycznego w Innsbrucku w Austrii, a badania te przezwyciężają ograniczenia w kształtowaniu światła, o których wspomniano wcześniej.

Metoda ta wykorzystuje technikę zwaną „bezpośrednim pisaniem laserowym” (DLW), która jest technologią laserową dużej prędkości, polegającą na układaniu wokseli o określonych współczynnikach załamania światła w trzech wymiarach wewnątrz szkła borokrzemianowego w celu precyzyjnego kierowania światłem do różnych zastosowań.

Według doniesień, badacze zaprojektowali algorytm, który stymuluje światło przechodzące przez medium, aby określić optymalną pozycję wokseli w celu osiągnięcia niezbędnej dokładności. Na tej podstawie byli w stanie wygenerować od 154,000 308,000 do 20 1.75 wokseli w ciągu 7.5 minut, przy czym każdy woksel miał objętość około 10 μm × XNUMX μm × XNUMX μm. Ponadto zastosowali dynamiczną kontrolę frontu fali, aby skompensować wszelkie aberracje sferyczne (zniekształcenie profilu wiązki) lasera skupionego na podłożu w trakcie procesu. Zapewniło to spójność profilu każdego woksela na każdej głębokości w medium.

Zespół opracował trzy typy APVE, aby zademonstrować przydatność metody: kształtownik intensywności do kontrolowania rozkładu intensywności wiązki wejściowej, multiplekser RGB do kontrolowania transmisji widm czerwonych, zielonych i niebieskich w wiązce wejściowej oraz sorter modów Hermite'a-Gaussa (HG) do zwiększania szybkości transmisji danych.

Zespół użył kształtownika intensywności, aby przekształcić wiązkę Gaussa w mikroskalową, uśmiechniętą, łukowatą dystrybucję światła, następnie użył multipleksera, aby przedstawić różne części uśmiechniętej, łukowatej dystrybucji w różnych kolorach, a na koniec użył sortera trybów HG, aby przekształcić wiele trybów Gaussa transmitowanych przez światłowody w tryby HG. We wszystkich przypadkach urządzenie było w stanie przesłać sygnał wejściowy bez znaczących strat i osiągnąć rekordową wydajność dyfrakcji do 80%, ustanawiając nowy punkt odniesienia dla APVE.

Ta nowa metoda otwiera drzwi do idealnej, niedrogiej platformy do szybkiego prototypowania wysoce zintegrowanych urządzeń do kształtowania światła 3D. Oprócz prostoty, niskich kosztów i wysokiej precyzji, tę metodę można również rozszerzyć na inne podłoża, w tym materiały nieliniowe. Jej elastyczność sprawia, że nadaje się do projektowania szerokiej gamy urządzeń 3D do zastosowań w takich dziedzinach, jak transmisja informacji, obliczenia optyczne, obrazowanie światłowodów wielomodowych, fotonika nieliniowa i optyka kwantowa.

Źródło z ofweek.com