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​导读

背景

从罗马时代起，将空气吹到热玻璃中形成气泡的方法，一直被用于制造玻璃物体。

创新

在新的工作中，研究人员们在微观尺度采用同样的玻璃吹制原理，制造专用的微型圆锥形透镜，它也称为“轴棱锥（axicon）”。

轴棱锥可用于将激光塑造得有利于光学钻孔、成像以及为操控微粒或者细胞创造光学陷阱。这些透镜已经有超过60年的 历史 ，但是它们的制造工艺（特别是在微观尺度上）并不简单。

来自法国 FEMTO-ST 研究所的研究团队成员 Nicolas Passilly 表示：“我们的技术有望低成本地制造结实的小型玻璃轴棱锥，它可以在生物医学成像应用例如光学相干层析成像（OCT）所需的小型化成像系统中使用。”

研究人员们在美国光学学会（OSA）期刊《光学快报（Optics Letters）》上描述了这种新型制造方法。该方法所基于的工艺，与在半导体晶圆上并行制造大量的光子与电子电路所用的工艺一样。研究人员们采用他们的方法创造出直径为0.9毫米和1.8毫米的玻璃轴棱锥，并成功地生成贝塞尔光束。

技术

当与激光一起使用时，轴棱锥创造出一束光线，这束光线开始是类贝塞尔光束（一种在其轴上具有最大强度的非衍射光束），然后转变成空心光束，离轴棱锥越来越远。类贝塞尔光束的景深，比由直径相似的传统圆形透镜聚焦的光束的景深大几个数量级。光束的大景深，使得光学钻可以达到更深处，并创造出更高质量OCT图像。对于光学镊子来说，类贝塞尔光束和空心部分的光束可用于囚禁粒子或者细胞。

传统意义上，这些用于制造玻璃轴棱锥的技术一次只能制造一个透镜。尽管较便宜的轴棱锥可以用聚合物制造，但是这些轴棱锥无法承受住诸如晶圆级制造的高温工艺，或者无法应用于需要高水平光功率的应用。

Passilly 表示：“聚合物轴棱锥无法应用于光学钻孔，例如，因为这些瞬间的光功率可以比得上核电站的功率，但是持续时间极短。”

之前，微观的玻璃吹制技术已经用于制造微透镜，但是它通常需要来自单个储气室的膨胀气体。研究人员们开发出了一种轴棱锥制造技术，它将来自多个储气室的膨胀气体结合起来，制造出光学元件的圆锥形状。这项技术从底部塑造表面，留下一个高质量的光学表面。它不同于那些普遍采用的技术例如蚀刻，转移自三维掩膜（从上面蚀刻晶圆）。

为了实施这种微型玻璃吹制新技术，研究人员将硅腔沉积到同心环中。然后，这些同心环在大气压下用玻璃密封起来。将硅和玻璃叠层放置到熔炉中，使囚禁在腔体中的气体膨胀，创造出环形气泡。这些气泡推开玻璃表面形成圆锥形，然后对面被抛光，只留下成形的透镜。

价值

Passilly 表示：“晶圆级的微制造技术使得轴棱锥可以集成到更复杂的微系统（也是晶圆级制造）中，从而通向一种由晶圆叠层组成的微系统。这种集成带来了更好的光学校准、高性能真空包装以及更低成本的最终系统（因为可大批量同时处理）。”

Passilly 还表示：“虽然我们采用的所有工艺对于微制造来说都是标准的，但是我们以非标准的方法采用这些技术来制造微型玻璃轴棱锥。这项技术可用于创造其他形状，甚至是那些不是柱对称的形状。”

研究人员计划将这些光学元件集成到他们正在为癌症检测和其他医疗应用开发的OCT设备中。

参考资料

【1】

要么，姐姐发给你

是的opticalmaterialsexpress是开源期刊。OpticalMaterialsExpress期刊名缩写：OPTMATEREXPRESS。国际刊号：2159-3930。2021年影响因子/JCR分区：3.442/Q2。出版国家或地区：UNITEDSTATES。OpticalMaterialsExpress官方网站：投稿网址：prism.osapublishing.org/Account/Login?ReturnUrl=%2F全称《OpticsExpress》是美国光学学会（OSA）出版的研究领域为物理-光学的开源期刊。《OpticsExpress》是世界上第一本国际光学全电子期刊。OpticsExpress每两周出版一次，提供OSA质量、快速出版光学科学和技术所有领域的原创、同行评审文章。包括彩色图片、音频或视频，且作者无需支付额外费用。该期刊可通过互联网免费向广大读者提供。