Mikroskopisk glasblæsning bruges til at lave små optiske linser

Indføring af luft i varmt glas for at danne en boble er blevet brugt til at lave glasgenstande siden romertiden. I nyt arbejde, forskere anvender de samme glasblæserprincipper i mikroskopisk skala for at lave specialiserede kegleformede miniatyrlinser kendt som aksikoner.

Axicons bruges til at forme laserlys på en måde, der er gavnlig for optisk boring, billeddannelse og skabelse af optiske fælder til manipulation af partikler eller celler. Disse linser har været kendt i mere end 60 år, men deres fremstilling, især når de er små, det er ikke let.

"Vores teknik har potentialet til at producere robuste miniatureaksikoner i glas til en lav pris, som kunne bruges i miniaturiserede billeddannelsessystemer til biomedicinske billedbehandlingsapplikationer, såsom optisk kohærens tomografi, eller OCT, " sagde forskerteammedlem Nicolas Passilly fra FEMTO-ST Institute i Frankrig.

I tidsskriftet The Optical Society (OSA). Optik bogstaver , forskerne beskriver den nye fabrikationstilgang, som er baseret på de samme processer, der bruges til at lave et stort antal fotoniske og elektroniske kredsløb parallelt på halvlederskiver. Forskerne brugte deres tilgang til at oprette glasaksoner med diametre på 0,9 og 1,8 millimeter og viste, at de med succes genererede Bessel -bjælker.

"Mikrofabrikation på waferniveau gør det muligt at integrere aksikoner i mere komplekse mikrosystemer, der også er skabt på et waferniveau, fører til et system lavet af en waferstabel, "sagde Passilly." Denne type integration kommer med bedre optiske justeringer, højtydende vakuumpakning og meget lavere omkostninger for de endelige systemer, fordi et stort antal kan behandles samtidigt."

Oprettelse af en mikrolinse

Når det bruges med en laser, aksikoner skaber en lysstråle, der begynder som en Bessel-lignende stråle-en ikke-diffrakterende stråle med maksimal intensitet på sin akse-og derefter bliver til en hul stråle længere væk fra aksikonet. Bessel-lignende stråler har en dybdeskarphed, der kan være størrelsesordener større end for en stråle fokuseret af en traditionel afrundet linse med en lignende diameter. Strålens høje dybdeskarphed gør det muligt for optiske boremaskiner at nå dybere og skaber OCT -billeder af højere kvalitet. Til optisk pincet, både de Bessel-lignende og hule dele af strålen kan bruges til at fange partikler eller celler.

Teknikker, der traditionelt bruges til fremstilling af glasaksoner, kan kun producere et objektiv ad gangen. Selvom billigere aksikoner kan fremstilles i polymer, disse kan ikke modstå processer ved høje temperaturer såsom fremstilling på wafer-niveau eller bruges i applikationer, der kræver høje niveauer af lysstyrke.

"Polymeraksoner kan ikke bruges til optisk boring, for eksempel, fordi den øjeblikkelige lyseffekt er sammenlignelig med kraften fra et atomkraftværk, men med en ekstremt kort varighed, "sagde Passilly.

Mikroglasblæsning er tidligere blevet brugt til at lave mikrolinser, men det involverer normalt gasudvidelse fra et enkelt reservoir. Forskerne udviklede en aksikonfremstillingsmetode, der kombinerer gasudvidelse fra flere reservoirer for at producere den optiske komponents koniske form. Teknikken former overfladen nedenunder og efterlader en optisk overflade af høj kvalitet, i modsætning til almindeligt anvendte metoder som ætsningsoverførsel fra en 3-D maske, der graverer waferen ovenfra.

For at udføre den nye mikroglasblæsningsmetode, forskerne deponerede siliciumhulrum i koncentriske ringe, der derefter blev forseglet med glas under atmosfærisk tryk. Anbringelse af silicium- og glasstablen i en ovn fik gas, der var fanget i hulrummene, til at udvide sig, skabe ringformede bobler. Disse bobler skubbede glasoverfladen ud for at danne kegleformer, og derefter blev den modsatte side poleret væk for kun at efterlade de formede linser.

"Selvom alle de processer, vi brugte, er standard for mikrofabrikation, vi anvendte disse teknikker på ikke-standardiserede måder til fremstilling af miniatureglasakser, " sagde Passilly. "Teknikken kunne bruges til at skabe andre former, selv dem uden cylindrisk symmetri. "