研究人员在光纤尖端上3D打印石英玻璃微光学器件

2024年5月17日，南极熊获悉，瑞典皇家理工学院（KTH）宣称，研究人员在光纤尖端上3D打印了石英玻璃微光学器件，它的表面与人类头发的横截面一样小。这一发展可以实现更快的互联网和更好的连接，以及更小的传感器和成像系统等创新。

△该研究已发表在《ACS Nano》杂志上，题目为“在光纤尖端上3D打印具有亚波长特征的玻璃微光学器件”（传送门）

研究人员表示，将二氧化硅玻璃光学器件与光纤集成可实现多种创新，包括用于环境和医疗保健的更灵敏的远程传感器。打印技术在药品和化学品生产中也很有价值。KTH教授Kristinn Gylfason解释道：“这种方法克服了长期以来用硅玻璃制造光纤尖端结构的局限性，因为这种方法通常需要高温处理，会损害对温度敏感的光纤涂层的完整性。”

△研究人员使用该工艺在光纤尖端3D打印石英玻璃微光学元件

3D打印石英玻璃微光学器件

KTH皇家理工学院的研究人员在光纤尖端上3D打印石英玻璃微光学器件，可以实现更快的互联网速度。与其它方法不同的是，该工艺用的基础材料不含有碳元素，这意味着不需要高温来去除碳，因而使玻璃结构透明。

该团队在光纤尖端上3D打印无机玻璃结构涉及四个步骤。首先，将单模光纤切割成所需的长度并在两端进行切割。然后将光纤穿过定制的铝制支架并固定到电动平台上。

第二步，将40%的氢倍半硅氧烷(HSQ)甲苯溶液滴涂到光纤尖端上，形成约100 μm厚的圆顶形层。 HSQ溶液干燥，在光纤尖端留下一层硬层。

△该团队演示了如何在光纤上打印石英玻璃微结

第三步，注入650 nm激光照射纤芯，帮助对准。最后，在第四步中，使用波长为1040 nm、脉冲宽度小于400 fs的飞秒激光器进行激光直接写入（DLW）。

激光选择性地固化HSQ，去除未固化的HSQ，并在光纤尖端留下3D打印的石英玻璃结构。

结果表明，该工作解决了3D直接激光写入玻璃方法中的高温要求问题，允许在光纤尖端上创建玻璃结构，而不会损坏温度敏感涂层。

△3D打印玻璃立方体的折射率表征

更具弹性的传感器

该研究的共同作者Po-Han Huang说：“这些结构非常小，你可以在一粒沙子的表面安装1000个，这与目前使用的传感器的大小差不多。”

研究人员还展示了一种打印纳米光栅的技术，将超小型图案蚀刻到纳米尺度的表面上，这种光栅可用于精确操纵光线，在量子通信中具有潜在的应用价值。

Gylfason说：“这研究的目的是找到一种方法来整合3D打印和光子学，以便将它们应用于微流控设备、MEMS加速度计和光纤集成量子发射器等领域。”

目前研究人员已经为这项技术申请了专利。