La inserción de aire en vidrio caliente para formar una burbuja se ha utilizado para fabricar objetos de vidrio desde la época romana. En obra nueva, Los investigadores aplican estos mismos principios de soplado de vidrio a escala microscópica para fabricar lentes en forma de cono en miniatura especializadas conocidas como axicones.

Los axicones se utilizan para dar forma a la luz láser de una manera que sea beneficiosa para la perforación óptica, obtención de imágenes y creación de trampas ópticas para manipular partículas o células. Estas lentes se conocen desde hace más de 60 años, pero su fabricación, especialmente cuando es pequeño, no es fácil.

"Nuestra técnica tiene el potencial de producir robustos axicones en miniatura en vidrio a bajo costo, que podría usarse en sistemas de imágenes miniaturizados para aplicaciones de imágenes biomédicas, como la tomografía de coherencia óptica, u OCT, "dijo el miembro del equipo de investigación Nicolas Passilly del Instituto FEMTO-ST en Francia.

En la revista The Optical Society (OSA) Letras de óptica , los investigadores describen el nuevo enfoque de fabricación, que se basa en los mismos procesos utilizados para hacer un gran número de circuitos fotónicos y electrónicos en paralelo en obleas semiconductoras. Los investigadores utilizaron su enfoque para crear axicones de vidrio con diámetros de 0,9 y 1,8 milímetros y demostraron que generaron con éxito haces de Bessel.

"La microfabricación a nivel de oblea permite que los axicones se integren en microsistemas más complejos creados también a nivel de oblea, conduciendo a un sistema hecho de una pila de obleas, ", dijo Passilly." Este tipo de integración viene con mejores alineaciones ópticas, envasado al vacío de alto rendimiento y costos mucho más bajos para los sistemas finales porque se puede procesar una gran cantidad simultáneamente ".

Creando una microlente

Cuando se usa con un láser, los axicones crean un rayo de luz que comienza como un rayo similar a Bessel (un rayo no difractante con máxima intensidad en su eje) y luego se convierte en un rayo hueco más alejado del axicón. Los haces tipo Bessel presentan una profundidad de campo que puede ser órdenes de magnitud mayor que la de un haz enfocado por una lente redondeada tradicional con un diámetro similar. La alta profundidad de campo del haz permite que los taladros ópticos lleguen más profundamente y crea imágenes OCT de mayor calidad. Para pinzas ópticas, tanto las porciones de tipo Bessel como las huecas del haz se pueden utilizar para atrapar partículas o células.

Las técnicas tradicionalmente utilizadas para fabricar axicones de vidrio solo pueden producir una lente a la vez. Aunque se pueden fabricar axicones menos costosos en polímero, estos no pueden soportar procesos de alta temperatura, como la fabricación a nivel de oblea, o pueden usarse en aplicaciones que requieren altos niveles de potencia lumínica.

"Los axicones de polímero no se pueden utilizar en la perforación óptica, por ejemplo, porque la potencia de la luz instantánea es comparable a la potencia de una planta nuclear pero con una duración extremadamente corta, "dijo Passilly.

El micro soplado de vidrio se ha utilizado anteriormente para fabricar microlentes, pero por lo general implica la expansión de gas de un solo reservorio. Los investigadores desarrollaron un método de fabricación de axicón que combina la expansión de gas de múltiples depósitos para producir la forma cónica del componente óptico. La técnica da forma a la superficie desde abajo dejando una superficie óptica de alta calidad, a diferencia de los métodos de uso común, como la transferencia de grabado desde una máscara 3D que graba la oblea desde arriba.

Para llevar a cabo el nuevo método de soplado de microvidrios, los investigadores depositaron cavidades de silicio en anillos concéntricos que luego se sellaron con vidrio a presión atmosférica. Colocar la pila de silicio y vidrio en un horno hizo que el gas atrapado en las cavidades se expandiera, creando burbujas en forma de anillo. Estas burbujas empujaron la superficie del vidrio para formar formas de cono y luego se pulió el lado opuesto para dejar solo las lentes con forma.

"Aunque todos los procesos que utilizamos son estándar para la microfabricación, aplicamos estas técnicas de formas no estándar para hacer axicones de vidrio en miniatura, "dijo Passilly." La técnica podría aplicarse para crear otras formas, incluso los que no tienen simetría cilíndrica ".