充分发挥光纤亚光学的潜力

在光纤成像过程中，来自样品的光由多个透镜收集。这些透镜的指数分布的限制会导致群延迟，导致色差破坏宽波长范围的光学图像。使用当前的技术，直到现在才实现了对端面聚焦或成像光学镜头的色散的控制。

什么是金属？

超透镜是由光学部件制成的平面透镜，使用元表面聚焦光线。它们可用于需要平坦表面和厚度小于当今最常用的传统弯曲折射镜片的光学设备。超透镜允许衍射限制光聚焦和像差校正，而无需额外的光学元件。与传统的消色差双面体相比，以前的消色差衍射金属在外形尺寸上表现出显着降低的外形尺寸。然而，这些透镜使用复杂的元原子（元表面的单元）设计来获取各种群延迟响应，以及在其复杂的元原子设计中基团延迟的调制能力，这限制了消色差性能。因此，时间带宽乘积（TBP）的最大上限为11.5。

不同的光刻和纳米压印技术

光纤输出的高级波前操作需要将功能元表面与光纤连接起来。氢氟化学蚀刻和离子束光刻方法实现了端面元表面，从而实现光聚焦和弯曲。然而，这些制造方法无法创建有效光调制所需的结构，这限制了它们的光子功能和应用。同样，尽管在亚波长范围内提供制造分辨率，但纳米压印和电子束光刻方法在准备用于平面表面图案化和预设计图案转移的光纤端面时遇到了复杂的问题

基于双光子聚合的3D激光纳米打印

基于双光子聚合的3D激光纳米打印为在光纤刻面上光学实现3D衍射微结构提供了理想的平台，为各种光子应用的功能化光纤打开了大门。

聚合物基消色差金属的3D纳米打印

本研究中使用的基于聚合物的消色差金属在光纤上的3D激光纳米打印技术是通过紧密聚焦飞秒激光束进行双光子聚合。这是通过商业光刻系统进行的。聚合物元表面样品最初是在二氧化硅基板上使用高数值孔径物镜在浸入模式下用光敏树脂制成的。激光暴露后，样品在丙二醇单甲醚乙酸酯中浸泡20分钟，在异丙醇中浸泡5分钟，在甲氧基九氟丁烷中浸泡2分钟。聚合物纳米柱的机械强度通过高纵横比和在3D纳米打印中采用小孵化和切片而增加。

3D纳米打印消色差金属的优点

研究人员通过将3D消色差衍射超细长与电信单模光纤（SMF-28）连接来设计3D纳米打印偏振不敏感消色差元纤维。3D消色差超透镜的高度使时间带宽积的上限显著提高到21.34，使群延迟的调制范围从-8飞秒增加到14飞秒。消色差透射金属的亚波长元原子显示出显着的双折射，可以通过几何相印出双曲透镜轮廓。这种在单模光纤上设计的3D消色差复用镜允许在1.25至1.65μm的整个近红外电信范围内进行消色差和衍射限制聚焦。

这项研究的一个独特意义是使用消色差超纤维进行共聚焦扫描，而无需常规显微镜的帮助，为高度紧凑的共聚焦内窥镜系统建立提供了无与伦比的解决方案。

结论

光纤允许我们通过微小的透明光纤传输光来传输数据，音频，图像和激光辐射。在电信中，光纤技术实际上已经取代了长途电话线中的铜线，并用于连接局域网中的计算机。光纤也是纤维内窥镜的基础，用于检查身体内部部件或分析所生产结构品的内部。3D激光纳米打印方法有望为各种光子应用打开大门。这是向更先进的光纤技术的巨大飞跃。它解决了由于色差引起的图像失真问题。

本研究取得的结果可以释放光纤超光学在各种应用中的全部潜力，包括光纤激光器，光纤传感，波长多路复用光纤通信，深部组织成像，飞秒激光辅助治疗，高光谱内窥镜成像。

参考文献

Ren, H., Jang, J., Li, C., Aigner, A., Plidschun, M., Kim, J., ... & Maier, S. A. (2022). An achromatic metafiber for focusing and imaging across the entire telecommunication range. Nature Communications. 13, 4183. https://www.nature.com/articles/s41467-022-31902-3