貝塞爾光束從其被發(fā)現(xiàn)開始，由于其比光學(xué)中典型的高斯光束具有特殊的優(yōu)勢，擁有獨特的無衍射和自恢復(fù)特性，引起了科學(xué)界極大的興趣。這些特性也就意味著光束在被物體部分阻擋后可進(jìn)行自我重建。由于這些獨特性，貝塞爾光束在光學(xué)鑷子、顯微鏡、光譜學(xué)和通信應(yīng)用方面有很大的潛力。然而由于其依賴于空間光元件，并且在滿足定制光束參數(shù)的需要方面受到限制，因此在實際的科學(xué)實驗中要產(chǎn)生貝塞爾光束是十分具有挑戰(zhàn)性的。如今，借助于Nanoscribe的雙光子聚合技術(shù)可直接在光纖上打印新型光子結(jié)構(gòu)，使其產(chǎn)生零階和渦流貝塞爾光束。

在光纖上打印微納光子結(jié)構(gòu)
以產(chǎn)生零階和渦旋貝塞爾光束

貝塞爾光束的特殊性使其成為各種光學(xué)應(yīng)用（例如通信、光誘捕和成像等）最 佳選擇。如果你看到貝塞爾光束的橫截面，你會發(fā)現(xiàn)一組同心圓或圓環(huán)，與典型的高斯光束相比，光束的最內(nèi)圈可以在更長的延伸范圍內(nèi)保持聚焦。即使貝塞爾光束被一個物體部分阻擋，光束在穿過該物體后能夠進(jìn)行自我重建。然而，要將圓形光束轉(zhuǎn)化為若干環(huán)形，需要特殊的光學(xué)器件，如錐狀折射材料axicon或全息光束整形方法。為了克服這些方法所需的空間光元件的限制，基于光纖的貝塞爾光束發(fā)生器應(yīng)運而生。但是，當(dāng)涉及到調(diào)整光束參數(shù)時，這些基于光纖的解決方案卻是有限的，并且只提供零階貝塞爾光束的生成。來自沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學(xué)的科學(xué)家們開發(fā)了一種新的方法來制造一個由堆疊的微光元件組成的光子結(jié)構(gòu)。他們將該結(jié)構(gòu)直接3D打印在光纖面上，以實現(xiàn)從光纖生成零階和渦流貝塞爾光束。 

基于光纖的貝塞爾光束發(fā)生器的設(shè)計由三個元素組成，用于對齊單模光纖輸出的高斯樣光束，并將其轉(zhuǎn)化為貝塞爾光束。這些微光學(xué)元件是使用Nanoscribe的2PP打印技術(shù)在光纖面上一次性3D打印出來的。圖片來自于：KAUST

新型解決方案-光纖上打印3D結(jié)構(gòu)

科學(xué)家們使用雙光子聚合高分辨率三維打印技術(shù)，為從光纖中直接產(chǎn)生零階和高階貝塞爾光束，并與光纖的核心對齊提供了有效的解決方案并。同時，Nanoscribe的IP-Dip光刻膠提供了生產(chǎn)光子晶體光纖設(shè)計所需的高空間分辨率，以便操縱光束。全新微納加工方案使得打印的微光學(xué)元件具有較低的表面粗糙度。三維打印的微光學(xué)元件顯示了光束轉(zhuǎn)換的高效率和低傳輸損耗。

基于2PP原理三維打印技術(shù)能夠打印先進(jìn)的任意形狀的復(fù)雜3D微光學(xué)元件，如貝塞爾光束發(fā)生器。該基于光纖的光子結(jié)構(gòu)由三個微光學(xué)元件組成，它們相互對準(zhǔn)并與底層光纖面相連接，并可實現(xiàn)單個元件的無縫集成。2PP技術(shù)可實現(xiàn)按需定制光學(xué)參數(shù)來調(diào)整光子結(jié)構(gòu)設(shè)計。因此，這種復(fù)合光子結(jié)構(gòu)的快速原型設(shè)計使得在根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行改變設(shè)計時，可以實現(xiàn)快速的設(shè)計迭代周期。得益于2PP三維打印技術(shù)的靈活性，定制打印的貝塞爾光束發(fā)生器可以應(yīng)用于內(nèi)窺鏡，光學(xué)相干斷層掃描、基于光纖的光學(xué)捕集和微操縱等領(lǐng)域。

SEM特寫圖顯示了基于光纖的3D打印貝塞爾光束發(fā)生器，該結(jié)構(gòu)帶有螺旋相位板的光子晶體設(shè)計和帶有支撐結(jié)構(gòu)的微透鏡。靈感來自于KAUST的設(shè)計。由Nanoscribe制作

A2PL技術(shù)實現(xiàn)納米精度三維對準(zhǔn)

在光纖上打印光子結(jié)構(gòu)來生成貝塞爾光束需要打印精確對準(zhǔn)光纖光軸的微光學(xué)元件。新一代的Quantum X對準(zhǔn)系統(tǒng)可以比其他Nanoscribe基于2PP技術(shù)的3D打印系統(tǒng)在達(dá)到更高形狀精度的同時，更快、更簡便、更精確地完成這項任務(wù)。這是因為Quantum X align是基于最 先進(jìn)的平臺，并具有專 利的對準(zhǔn)雙光子光刻技術(shù)A2PL?。因此，優(yōu)化的硬件和軟件使得在光纖上以亞微米的精度打印復(fù)雜的3D微光學(xué)元件成為了可能。

項目團(tuán)隊

阿卜杜拉國王科技大學(xué)-生物和環(huán)境科學(xué)工程系

阿卜杜拉國王科技大學(xué)-計算機(jī)，電氣和數(shù)學(xué)科學(xué)與工程系 

原文文獻(xiàn)

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

噴霧干燥是系統(tǒng)化技術(shù)應(yīng)用于物料干燥的一種方法。于干燥室中將稀料經(jīng)霧化后，在與熱空氣的接觸中，水分迅速汽化，即得到干燥產(chǎn)品。該法能直接使溶液、乳濁液干燥成粉狀或顆粒狀制品，可省去蒸發(fā)、粉碎等工序。
優(yōu)點1.干燥過程非常迅速。
2.可直接干燥成粉末。
3.易改變干燥條件，調(diào)整產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
4由于瞬間蒸發(fā)，設(shè)備材料選擇要求不嚴(yán)格。
5.干燥室有一定負(fù)壓，保證了生產(chǎn)中的衛(wèi)生條件，避免粉塵在車間內(nèi)飛揚(yáng)，提高產(chǎn)品純度。
6.生產(chǎn)效率高，操作人員少。
7.生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品質(zhì)量高。每小時噴霧量可達(dá)幾百噸，是干燥器處理量較大者之一。
8.噴霧干燥機(jī)調(diào)節(jié)方便，可以在較大范圍內(nèi)改變操作條件以控制產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)，如粒度分布、濕含量、 生物活性、溶解性、色、香、味等。
缺點1.設(shè)備較復(fù)雜，占地面積大，一次投資大。
2.霧化器，粉末回收裝置價格較高。
3.需要空氣量多，增加鼓風(fēng)機(jī)的電能消耗與回收裝置的容量。
4.熱效率不高，熱消耗大。