A inserção de ar em um vidro quente para formar uma bolha tem sido usada para fazer objetos de vidro desde os tempos romanos. Em novo trabalho, pesquisadores aplicam esses mesmos princípios de sopro de vidro em uma escala microscópica para fazer lentes especializadas em formato de cone em miniatura, conhecidas como axicônios.

Axicons são usados ​​para moldar a luz do laser de uma forma que seja benéfica para a perfuração óptica, imagem e criação de armadilhas ópticas para manipulação de partículas ou células. Essas lentes são conhecidas há mais de 60 anos, mas sua fabricação, especialmente quando pequeno, não é fácil.

"Nossa técnica tem o potencial de produzir axicons em miniatura robustos em vidro a um custo baixo, que poderia ser usado em sistemas de imagem miniaturizados para aplicações de imagem biomédica, como tomografia de coerência óptica, ou OCT, "disse o membro da equipe de pesquisa Nicolas Passilly do Instituto FEMTO-ST da França.

No jornal The Optical Society (OSA) Cartas de Óptica , os pesquisadores descrevem a nova abordagem de fabricação, que é baseado nos mesmos processos usados ​​para fazer um grande número de circuitos fotônicos e eletrônicos em paralelo em wafers semicondutores. Os pesquisadores usaram sua abordagem para criar axicons de vidro com diâmetros de 0,9 e 1,8 milímetros e mostraram que eles geraram feixes de Bessel com sucesso.

"A microfabricação em nível de wafer permite que os axicons sejam integrados em microssistemas mais complexos criados também em um nível de wafer, levando a um sistema feito de uma pilha de wafer, "disse Passilly." Este tipo de integração vem com melhores alinhamentos ópticos, embalagem a vácuo de alto desempenho e custos muito mais baixos para os sistemas finais porque um grande número pode ser processado simultaneamente. "

Criação de microlentes

Quando usado com um laser, os axicons criam um feixe de luz que começa como um feixe do tipo Bessel - um feixe não difrator com intensidade máxima em seu eixo - e então se transforma em um feixe oco mais distante do axicon. Os feixes do tipo Bessel apresentam uma profundidade de campo que pode ser ordens de magnitude maior do que a de um feixe focado por uma lente arredondada tradicional com um diâmetro semelhante. A alta profundidade de campo do feixe permite que as brocas ópticas alcancem mais fundo e criem imagens de OCT de maior qualidade. Para pinças ópticas, tanto as porções do tipo Bessel quanto as ocas do feixe podem ser usadas para capturar partículas ou células.

As técnicas tradicionalmente usadas para fazer axicons de vidro podem produzir apenas uma lente de cada vez. Embora axicons mais baratos possam ser feitos em polímero, eles não podem suportar processos de alta temperatura, como fabricação em nível de wafer, ou ser usados ​​em aplicações que requerem altos níveis de potência de luz.

"Axicons de polímero não podem ser usados ​​em perfuração óptica, por exemplo, porque a potência da luz instantânea é comparável à potência de uma usina nuclear, mas com uma duração extremamente curta, "disse Passilly.

O sopro de micro vidro foi usado anteriormente para fazer microlentes, mas geralmente envolve a expansão de gás de um único reservatório. Os pesquisadores desenvolveram um método de fabricação de axicon que combina a expansão de gás de vários reservatórios para produzir a forma cônica do componente óptico. A técnica molda a superfície por baixo, deixando uma superfície óptica de alta qualidade, ao contrário dos métodos comumente usados, como transferência de gravação de uma máscara 3-D que grava o wafer de cima.

Para realizar o novo método de sopro de micro vidro, os pesquisadores depositaram cavidades de silício em anéis concêntricos que foram então selados com vidro sob pressão atmosférica. Colocar a pilha de silício e vidro em uma fornalha causou a expansão do gás preso nas cavidades, criando bolhas em forma de anel. Essas bolhas empurraram a superfície do vidro para formar cones e, em seguida, o lado oposto foi polido para deixar apenas as lentes moldadas.

"Embora todos os processos que usamos sejam padrão para microfabricação, aplicamos essas técnicas de maneiras não padronizadas para fazer axicônios de vidro em miniatura, "disse Passilly." A técnica poderia ser aplicada para criar outras formas, mesmo aqueles sem simetria cilíndrica. "