Einem interdisziplinären Forscherteam aus Südkorea, Australien, Großbritannien und Deutschland, einschließlich des Leibnitz-Institut für Photonische Technologien IPHT, ist es in diesen Tagen gelungen, eine optische Glasfaser so zu optimieren, dass diese das Licht verschiedener Wellenlängen mit bislang unbekannter Präzision fokussieren kann.
Dank dieser Innovation eröffnen sich neue, verbessere Möglichkeiten für Anwendungen von Glasfasern in den Bereichen Mikroskopie, Endoskopie, Sensorik und Lasertherapie.
Für die Entwicklung kam dem 3D Druck eine entscheidende Bedeutung, konkret dem 3D-Nanodruck einer optischen Linse, welche auf dem Ende der Faser aufgebracht ist.
Nachteile konventioneller optischer Linsen
Die konkrete Herausforderung hinter dieser Innovation bestand darin, dass Linsen an den Endflächen optischer Fasern, wie sie gegenwärtig Einsatz in der Endoskopie für die medizinische Diagnostik finden, den Nachteil der sogenannten chromatischen Aberration mit sich bringen.
Damit ist ein Abbildungsfehler von Optiken gemeint, der dadurch entsteht, dass Licht unterschiedlicher Wellenlängen, das heißt unterschiedlicher Spektralfarben, verschieden geformt und gebrochen wird. Dieser Fehler hat eine Verschiebung des Fokuspunktes und damit eine Unschärfe in der Bildgebung zur Folge. Diese erstreckt sich zudem über einen breiten Wellenlängenbereich.
Die Lösung: Eine Metalinse
Eine Lösung für dieses Dilemma fand das besagte Forscherteam in der Verwendung achromatischer Linsen, bezeichnet auch als Metalinsen. Diese sind jeweils an der Endfläche einer optischen Faser angebracht und erlauben die Fokussierung sowie Abbildung kleinster Details mit tiefenscharfer Bildgebung.
„Für eine ideale Lichtformung und achromatische Fokussierung haben wir eine ultradünne polymerbasierte Linse realisiert, welche aus einem komplexen Design geometrischer Strukturen in Form von Nanosäulen besteht. Diese Struktur wurde direkt auf die Spitze einer 3D-gedruckten Hohlturmstruktur auf eine der Endflächen einer kommerziellen optischen Faser gedruckt. Auf diese Weise können Glasfasern derart funktionalisiert werden, dass Licht sehr effizient auf einen Brennpunkt fokussiert und Bilder mit hoher Auflösung erzeugt werden können“, so Prof. Dr. Markus Schmidt, seines Zeichens Leiter der Abteilung Faserphotonik am Leibniz-IPHT, der die optische Linse mitentwickelte. Lesen Sie mehr über die spannenden Möglichkeiten von 3D Druck in Wissenschaft und Forschung, in unserem 3D Activation-Blog.
©Haoran Ren/Monash University
