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贝塞尔光束从其被发现开始，由于其比光学中典型的高斯光束具有特殊的优势，拥有独特的无衍射和自恢复特性，引起了科学界极大的兴趣。这些特性也就意味着光束在被物体部分阻挡后可进行自我重建。由于这些独特性，贝塞尔光束在光学镊子、显微镜、光谱学和通信应用方面有很大的潜力。然而由于其依赖于空间光元件，并且在满足定制光束参数的需要方面受到限制，因此在实际的科学实验中要产生贝塞尔光束是十分具有挑战性的。如今，借助于Nanoscribe的双光子聚合技术可直接在光纤上打印新型光子结构，使其产生零阶和涡流贝塞尔光束。

在光纤上打印微纳光子结构
以产生零阶和涡旋贝塞尔光束

贝塞尔光束的特殊性使其成为各种光学应用（例如通信、光诱捕和成像等）Z 佳选择。如果你看到贝塞尔光束的横截面，你会发现一组同心圆或圆环，与典型的高斯光束相比，光束的Z内圈可以在更长的延伸范围内保持聚焦。即使贝塞尔光束被一个物体部分阻挡，光束在穿过该物体后能够进行自我重建。然而，要将圆形光束转化为若干环形，需要特殊的光学器件，如锥状折射材料axicon或全息光束整形方法。为了克服这些方法所需的空间光元件的限制，基于光纤的贝塞尔光束发生器应运而生。但是，当涉及到调整光束参数时，这些基于光纤的解决方案却是有限的，并且只提供零阶贝塞尔光束的生成。来自沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的科学家们开发了一种新的方法来制造一个由堆叠的微光元件组成的光子结构。他们将该结构直接3D打印在光纤面上，以实现从光纤生成零阶和涡流贝塞尔光束。 

基于光纤的贝塞尔光束发生器的设计由三个元素组成，用于对齐单模光纤输出的高斯样光束，并将其转化为贝塞尔光束。这些微光学元件是使用Nanoscribe的2PP打印技术在光纤面上一次性3D打印出来的。图片来自于：KAUST

新型解决方案-光纤上打印3D结构

科学家们使用双光子聚合高分辨率三维打印技术，为从光纤中直接产生零阶和高阶贝塞尔光束，并与光纤的核心对齐提供了有效的解决方案并。同时，Nanoscribe的IP-Dip光刻胶提供了生产光子晶体光纤设计所需的高空间分辨率，以便操纵光束。全新微纳加工方案使得打印的微光学元件具有较低的表面粗糙度。三维打印的微光学元件显示了光束转换的高效率和低传输损耗。

基于2PP原理三维打印技术能够打印先进的任意形状的复杂3D微光学元件，如贝塞尔光束发生器。该基于光纤的光子结构由三个微光学元件组成，它们相互对准并与底层光纤面相连接，并可实现单个元件的无缝集成。2PP技术可实现按需定制光学参数来调整光子结构设计。因此，这种复合光子结构的快速原型设计使得在根据具体应用进行改变设计时，可以实现快速的设计迭代周期。得益于2PP三维打印技术的灵活性，定制打印的贝塞尔光束发生器可以应用于内窥镜，光学相干断层扫描、基于光纤的光学捕集和微操纵等领域。

SEM特写图显示了基于光纤的3D打印贝塞尔光束发生器，该结构带有螺旋相位板的光子晶体设计和带有支撑结构的微透镜。灵感来自于KAUST的设计。由Nanoscribe制作

A2PL技术实现纳米精度三维对准

在光纤上打印光子结构来生成贝塞尔光束需要打印精确对准光纤光轴的微光学元件。新一代的Quantum X对准系统可以比其他Nanoscribe基于2PP技术的3D打印系统在达到更高形状精度的同时，更快、更简便、更精确地完成这项任务。这是因为Quantum X align是基于Z 先进的平台，并具有专 利的对准双光子光刻技术A2PL®。因此，优化的硬件和软件使得在光纤上以亚微米的精度打印复杂的3D微光学元件成为了可能。

项目团队

阿卜杜拉国王科技大学-生物和环境科学工程系

阿卜杜拉国王科技大学-计算机，电气和数学科学与工程系 

原文文献

3D-printed fiber-based zeroth- and high-order Bessel beam generator       

https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-9-6-645&id=476826