اپتیک در لغت به معنای نور است.
محققان ثابت کرده اند ساخت اپتیک های میکرونی با کیفیت بی سابقه توسط پرینت سه بعدی ممکن است. روش آنها قابل استفاده برای ساخت تقریبا همه نوع قطعات اپتیکی در اندازه میکرون یا حتی کوچکتر است، که میتواند در کوچک سازی ابزارها و دستگاه هایی که در کاربردهای سنسینگ و ارتباطات دارند استفاده شود.
در ژورنال انجمن اپتیکال، اپتیکا، محققان ساخت المان های نوری به کوچکی 4.4 میکرون روی مرکز فیبر نوری به قطر 125 میکرون – فقط ذره ای ضخیم تر از قطر موی انسان – را گزارش کردند. آنها از تکنیکی به نام نگاشت لیزری فمتوثانیه – فمتو یک کوادریلیونم 15-10 هر چیزی است – برای رسیدن به این هدف مشکل استفاده کردند و نشان دادند که کیفیت المان های نوری ساخته شده بسیار نزدیک به شبیه سازی ها هستند.
هارالد گیسن، سخنگوی بخش نانو-اپتیک های بسیار سریع دانشگاه اشتوتگارد که هدایت تیم تحقیق را بر عهده دارد گفت : “هرچند نگاشت لیزری فمتوثانیه – femtosecond laser writing – در لابلاتوار و در محیط آزمایشگاهی ساخته شده، اما ما نشان دادیم که می توان از آن برای تولید قطعات میکرو-اپتیک بسیار با کیفیت با قابلیت اطمینان و تکرارپذیری بالا استفاده کرد. ما باور داریم روش ما میتواند برای تولید حجم های وسیع گسترش پیدا کند و برای پرینت مستقیم تقریبا تمام المان های نوری روی فضای بسیار ناچیز مورد بهره برداری قرار گیرد که منجر به ظهور عصر جدیدی در نانو-اپتیک و میکرو-اپتیک میشود.”
نوشتن با نور
نگاشت لیزری فمتوثانیه از لیزر استفاده میکند و با تابش پالس های بسیار کوتاه نور روی قسمت های انتخابی باعث سخت شدن متریال حساس به نور می شود. متریال فقط در فضای سه بعدی بسیار کوچکی که توسط لیزر نشانه گرفته شده سخت می شود، و هر متریال سخت نشده ای را میتوان پاک کرد که نتیجه آن ساختار سه بعدی ساخته شده است.
هرچند آزمایشگاه های زیادی در اطراف دنیا سیستم های نگاشت لیزری سه بعدی خود را ساخته اند، این سیستم های دست ساز به شرایط محیطی بسیار حساس هستند و در قدرت لیزر با هم تفاوت دارند و به همین خاطر نمیتوانند میکرو-اپتیک های با کیفیت و قابل اطمینان تولید کنند. برای فارغ شدن از چنین مشکلاتی، محققان از یک سیستم لیتوگرافی با لیزر تجاری 2 فوتونی استفاده کردند که برای نگاشت ساختارهای نانومتری استفاده می شود. سیستم توسط نانواسکریب ساخته شده وبرای پایداری، اطمینان و کیفیت بالا مهندسی شده است.
گیسن توضیح می دهد: ” چیزی شبیه خودکار داریم که در فضای سه بعدی درون متریال حرکت میدهیم تا ساختارهایی شبیه چیزی که در پرینتر های سه بعدی اتفاق می افتد منتهی در ابعاد بسیار کوچک را پیاده کنیم. اگر پارامترهای یکسانی را در دستگاه ما در اینجا و در دستگاه مشابه دیگر در جای دیگری از دنیا پیاده کنید نتیجه کاملا یکسانی خواهید گرفت. حتی ماه ها بعد از این، باز هم نتیجه یکسان با بار اول را خواهید داشت.”
ساخت ماسک های فاز
محققان از سیستم نگاشت لیزری سه بعدی برای ساخت المان های نوری به نام ماسک های فاز استفاده کردند، که روش بسیار ظریفی برای شکل دهی مسیر خروج نور از انتهای فیبر است بجای استفاده از لنزهای بزرگ و حجیم.
در حالت عادی، نوری که انتهای فیبر نوری را ترک می کند گاوسین – Gaussian – است، یعنی در مرکز روشن است و از شدت نور تا گوشه ها کم میشود. محققان ماسک های فاز را طراحی کردند که باعث پخش شدن مساوی شدت نور در تمام فیبر میشود یا در حالتی دیگر دونات گونه است یعنی یک حلقه نور با مرکزی تاریک در انتهای فیبر شکل میگیرد.
گیسن گفت : “چون ماسک های فاز خیلی کوچک اند و بطور مستقیم روی انتهای فیبر های نوری ساخته می شوند، حتی خطاهای بسیار ناچیز در مرکز ماسک فاز هم باعث تغییر اشعه نور از فرم دونات شده و دیگر زیبا و دایره ای نخواهد بود. ما یکی از سخت ترین مشکلات را حل کردیم: مرتبا ماسک فاز را با دقت زیر میکرون مستقیم در مرکز فیبر تک-حالته قرار دادیم.”
روش نگاشت لیزری مستقیم میتواند برای ساخت المان های نوری بسیاری مورد استفاده قرار گیرد. محققان دریافته اند ساخت ماسک فازها حلقه-به-حلقه از ابتدای مرکز یا لایه به لایه از انتها، هر دو ساختارهای با کیفیتی را تشکیل میدهند.
تیمو گیسیبل از دانشگاه اشتوتگارد : “بسته به اینکه چطور نگارش میکنید، ممکن است خواص نوری مخلتلفی داشته باشید، و همچنین شتابی که می توانید در نگاشت استفاده کنید و اینکه چقدر سریع میتوانید یک المان نوری را بسازید قویاً به حالت نگاشت شما بستگی دارد.”
ماسک های فاز که توسط محققان تولید شده اند کاربردهای مهمی دارند. استفاده به جای لنزهای نوری بزرگ، ماسک های فاز میتوانند اجازه نورپردازی در اندوسکوپ های بسیار کوچکتر را بدهند که برای دیدن داخل بدن را به پزشکان و جراحان میدهد. یک فیبر با ماسک فازی که نور دونات شکل می دهد میتواند مستقیما در مایع قرار بگیرد و برای به دام انداختن نوری ذرات یا سلولها استفاده شود. ( از آنجایی که نور خاصیت ماده از خود نشان میدهد میتواند بصورت یک استوانه ذرات و سلول ها را در خود محصور کند )
