Stampa 3D di Micro-Ottiche Rivoluzionaria per Laser Ibridi
In una svolta innovativa, i ricercatori hanno dimostrato che la microottica basata su polimeri stampati in 3D può resistere alle rigide condizioni di calore e potenza presenti all’interno dei laser. Questo avanzamento promette sorgenti laser compatte, stabili e convenienti con potenziali applicazioni che vanno dai sistemi lidar per veicoli autonomi alla marcatura laser.
Simon Angstenberger, leader del gruppo di ricerca presso il 4° Istituto di Fisica dell’Università di Stoccarda in Germania, spiega: “Abbiamo ridimensionato in modo significativo un laser utilizzando la stampa 3D per creare micro-ottiche di alta qualità direttamente sulle fibre di vetro utilizzate all’interno dei laser. Questo rappresenta la prima implementazione di tali ottiche stampate in 3D all’interno di un vero laser, dimostrando la loro resistenza straordinaria e la stabilità.”
Nella rivista Optics Letters, i ricercatori descrivono come hanno realizzato la stampa in 3D di micro-ottiche direttamente sulle fibre ottiche, consentendo la combinazione compatta di fibre e cristalli laser all’interno di un unico oscillatore laser. Il laser risultante, ibrido tra laser a fibra e laser a stato solido a base di cristalli, ha dimostrato di funzionare in modo stabile, generando potenze di uscita superiori a 20 mW a 1063,4 nm e raggiungendo una potenza di uscita massima di 37 mW.
Questo nuovo approccio coniuga la compattezza, la robustezza e la convenienza economica dei laser a fibra con la versatilità dei laser a cristalli a stato solido, che possono generare una vasta gamma di potenze e colori.
“Fino ad oggi, le ottiche stampate in 3D sono state principalmente utilizzate in applicazioni a bassa potenza, come l’endoscopia”, afferma Angstenberger. “L’opportunità di utilizzarle in applicazioni ad alta potenza potrebbe avere applicazioni significative, come la litografia e la marcatura laser. Abbiamo dimostrato che queste micro-ottiche stampate in 3D sulle fibre possono concentrare elevate quantità di luce su un singolo punto, aprendo nuove possibilità in settori come la distruzione precisa di tessuto canceroso.”
Resistenza al Calore e alla Potenza
L’Università di Stoccarda è un pioniere nello sviluppo di micro-ottiche stampate in 3D, in particolare nella capacità di stamparle direttamente sulle fibre ottiche. Utilizzano un approccio di stampa 3D noto come polimerizzazione a due fotoni, che impiega un laser a infrarossi focalizzato su un fotoresist sensibile ai raggi UV. Questo processo richiede una messa a fuoco estremamente precisa e consente di creare forme con elevata precisione. La tecnologia consente la miniaturizzazione delle ottiche e offre nuove opportunità, come la creazione di ottiche a forma libera o sistemi di lenti complessi.
In un risultato sorprendente, le ottiche stampate in 3D si sono dimostrate straordinariamente resistenti al calore e alla potenza ottica all’interno di una cavità laser. Dopo diverse ore di funzionamento del laser, non sono stati riscontrati danni visibili alle lenti. Inoltre, queste ottiche si sono rivelate più stabili del reticolo di Bragg in fibra commerciale, che è attualmente utilizzato.
Il Futuro della Tecnologia Ottica
I ricercatori stanno lavorando per migliorare ulteriormente l’efficienza delle ottiche stampate. L’uso di fibre di dimensioni maggiori e l’ottimizzazione delle lenti asferiche e a forma libera potrebbero incrementare la potenza di uscita. Inoltre, stanno esplorando diverse configurazioni di cristalli nel laser, per personalizzare l’output in base alle applicazioni specifiche.
Questa innovazione apre nuove strade nel campo delle tecnologie laser e dell’ottica, promettendo dispositivi più efficienti ed economici con applicazioni pratiche in diverse industrie.
CREDITO
Moritz Floess e Simon Angstenberger, 4° Istituto di Fisica dell’Università di Stoccarda in Germania