Precyzyjna kontrola skupienia światła jest niezbędna w zastosowaniach od mikroskopii i chirurgii laserowej po optykę kwantową i telekomunikację. Istniejące rozwiązania często polegają jednak na dużych, złożonych komponentach zewnętrznych, które ograniczają integrację i prędkość.
W nowym badaniu opublikowanym w Light: Science & Applications, badacze pod kierownictwem profesora Markusa A. Schmidta z Instytutu Fotonicznej Technologii Leibniza i Uniwersytetu Friedricha Schillera w Jenie, Niemcy, wprowadzili nowatorskie rozwiązanie: tunowalny Metafiber. To w pełni zintegrowane z włóknem urządzenie wykorzystuje 3D hologram fazowy nanodrukowany bezpośrednio na końcowej powierzchni dwu-jądrowego włókna, aby uzyskać zdalną kontrolę nad skupieniem po prostu poprzez regulację stosunkowej mocy między prowadzonymi trybami włókna.
Hologram jest zaprojektowany tak, aby reagował na zmiany w interferencyjnym wzorze światła emitowanego z każdego jądra, umożliwiając zmianę pozycji punktu skupienia bez konieczności korzystania z jakichkolwiek ruchomych elementów. Wyniki eksperymentalne potwierdzają, że precyzyjną i ciągłą modulację skupienia o ponad 3 mikrony można osiągnąć, utrzymując przy tym wysoką jakość wiązki.
To nowe podejście umożliwia kompaktową, wytrzymałą i szybką regulację skupienia przy użyciu włókien optycznych, znacząco posuwając naprzód dziedzinę optyki rekonfigurowalnej. Potencjalne zastosowania obejmują wysokoprędkościowe pułapki optyczne, zintegrowane narzędzia endoskopowe do diagnostyki lub chirurgii inwazyjnej, oraz poprawioną trasowalność sygnału w systemach komunikacji światłowodowej.
Tunowalność Metafibera wynika wyłącznie z modulacji mocy – metodą znacznie szybszą niż tradycyjne rozwiązania mechaniczne lub oparte na ciekłokrystalicznych elementach – i jest kompatybilna z istniejącymi systemami włókien. Sprawia to, że jest idealna do szybkiego wdrożenia zarówno w badaniach, jak i aplikacjach przemysłowych.
Badanie stanowi kamień milowy w fotonicznej integracji na włóknach i otwiera fascynujące perspektywy rozwoju nowoczesnych systemów optycznych opartych na włóknach.
Ilustracyjny obraz kontrolowanego mocą, w pełni zintegrowanego z włóknem skupiania przestrzennego za pomocą fazowego 3D hologramu nanodrukowanego sprzężonego z jednojądrowym dwu-jądrowym włóknem jest przedstawiony na rys. 1. Aby zilustrować zasadę działania, dwa skupiające wiązki światła związane z dwoma różnicami w mocy prowadzonych trybów (zielony i czerwony) są pokazane przez obszary żółte i czerwono-magentowe (przerywana ciemnoniebieska linia: osiowa os włókna). Środkowy lewy wklad pokazuje przykład rozkładu intensywności interferujących wiązek Gaussowskich w płaszczyźnie hologramu, gdy moc w trybach jest równa. Górne prawe (skala: 20µm) i środkowe (skala: 100µm) wklady pokazują obrazy nanodrukowanego 3D hologramu i sekcji rozbudowy na końcowej powierzchni dwu-jądrowego włókna. Dolny wklad pokazuje regulację skupienia przestrzennego z całkowitą zmianą ogniskowej o ponad 3 µm poprzez dostosowanie różnicy mocy między dwoma jądrami włókna.
