Последњих година технологија 3Д штампања се све више користи у разним индустријама, посебно у прецизној производњи и оптици. Тим истраживача са Универзитета у Штутгарту у Немачкој недавно је направио авелики продоркада су по први пут показали да је минијатурна оптика заснована на 3Д штампаним полимерима у стању да издржи топлоту и снагу генерисану унутар ласера. Ово откриће отвара пут за производњу јефтиних, компактних и стабилних ласерских извора који су изузетно важни у различитим сценаријима примене, посебно у ЛИДАР системима који се користе у аутомобилима који се сами возе.
Симон Ангстенбергер, шеф истраживачког тима на Институту за физику ИВ на Универзитету у Штутгарту, рекао је: „Користећи технологију 3Д штампања, направили смо висококвалитетну микрооптику директно на стакленим влакнима унутар ласера, значајно смањујући његову величину Ово је први пут да је оваква 3Д штампана оптика коришћена у стварном ласеру, што у потпуности показује њихов висок праг толеранције оштећења и стабилност."
У часопису Оптицс Леттерс, тим детаљно описује како су 3Д штампали микро-оптику директно на оптичко влакно, чиме су чврсто комбиновали влакно са ласерским кристалом у једном ласерском осцилатору. Хибридни ласер је могао да ради стабилно на 1063,4 нм са излазном снагом већом од 20 мВ и максималном излазном снагом од 37 мВ.
Нови ласер комбинује предности компактности, робусности и ниске цене ласера са влакнима са предностима ласера у чврстом стању на бази кристала, који имају широк спектар карактеристика перформанси као што су различите снаге и боје. Дизајн ласера са спрегнутим влакнима помоћу 3Д штампаног сочива приказан је на слици 1.
Симон Ангстенбергер напомиње: „До сада се 3Д штампана оптика углавном користила у сценаријима мале снаге, као што је ендоскопија. Међутим, ми демонстрирамо потенцијал ових технологија за апликације велике снаге, као што су фотолитографија и ласерско обележавање. да ова 3Д микро-оптика штампана директно на оптичким влакнима може концентрисати велике количине светлости у једну тачку, што је од велике вредности у примени у медицини, као што је прецизно уништавање ћелија рака."
Израда микроскопских сочива директно на оптичким влакнима
Институт за физику ИВ Универзитета у Штутгарту има велико истраживачко искуство у области 3Д штампане микрооптике, са посебном стручношћу у штампању директно на оптичким влакнима. Они користе метод 3Д штампања који се назива "двофотонска полимеризација", у којој се инфрацрвени ласер фокусира у УВ осетљив фоторезист.
У фокусној области ласера, два инфрацрвена фотона се апсорбују у исто време, што повећава отпорност на УВ зрачење. Померањем фокусне тачке, могуће је креирати више облика са великом прецизношћу. Ова технологија не само да омогућава производњу минијатурне оптике већ и нове функције као што је стварање оптичких елемената слободног облика или сложених система сочива.
Ове 3Д штампане компоненте су направљене од полимера и нисмо били сигурни да ли ће моћи да издрже велике количине топлоте и оптичке снаге генерисане у ласерској шупљини“, каже Сајмон Ангстенбергер. Међутим, касније је откривено да није примећено никакво оштећење. на сочивима чак и након дуготрајног рада ласера у трајању од неколико сати, што доказује њихову изузетно високу стабилност."
У овој најновијој студији, истраживачи су користили 3Д штампач компаније Наносцрибе за производњу сочива пречника 0.25 мм и висине од 80 μм на крају оптичких влакана истог пречника помоћу два фотонска полимеризација (слика 2). Процес подразумева пројектовање оптике, убацивање влакна у 3Д штампач, а затим прецизно штампање микроструктуре на крају влакна, што захтева висок степен тачности у поравнању штампаних влакана и у самом штампању.
Стварање хибридног ласера
Након што је 3Д штампање завршено, тим је приступио склапању ласера и ласерске шупљине. За разлику од традиционалних ласерских шупљина које користе гломазна и скупа огледала, они су користили влакна да формирају део шупљине, стварајући јединствени хибридни ласер од фибер-кристал. У овом дизајну, минијатурна сочива штампана на крају влакна се користе за фокусирање и прикупљање или спајање светлости коју емитује и прима ласерски кристал. Да би побољшали стабилност система и смањили ефекте турбуленције ваздуха, истраживачи су причврстили влакно на држач. Посебно, кристал и штампано сочиво имају веома компактну величину од 5 × 5 цм².
Непрекидно бележећи излазну снагу ласера током неколико сати, истраживачи су потврдили да није дошло до погоршања перформанси 3Д штампане оптике у систему и да то није утицало на дугорочну оперативну ефикасност ласера. Поред тога, посматрање оптике у ласерској шупљини помоћу скенирајућег електронског микроскопа није открило видљива оштећења. Симон Ангстенбергер је приметио: „Открили смо да је штампана оптика била стабилнија у поређењу са комерцијалном Брагговом решетком од влакана коју смо користили, што је на крају ограничило нашу максималну снагу.“
Истраживачки тим тренутно ради на оптимизацији ефикасности 3Д штампане оптике. Планирају да користе већа оптичка влакна са оптимизованим дизајном сочива слободног облика и асферичним сочивима или покушају да одштампају комбинације сочива директно на влакно како би повећали излазну снагу. Истовремено, планирају да користе различите врсте кристала у ласерима, што ће омогућити прилагођавање и оптимизацију излазних карактеристика за специфичне примене.
