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(shì)，擁有獨(dú)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(dú)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(shí)際的科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(huì)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(zhǎng)的延伸范圍內(nèi)保持聚焦。即使貝塞爾光束被一個(gè)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(yùn)而生。但是，當(dāng)涉及到調(diào)整光束參數(shù)時(shí)，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(guó)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(gè)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(shí)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(jì)由三個(gè)元素組成，用于對(duì)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(duì)齊提供了有效的解決方案并。同時(shí)，Nanoscribe的IP-Dip光刻膠提供了生產(chǎn)光子晶體光纖設(shè)計(jì)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(gè)微光學(xué)元件組成，它們相互對(duì)準(zhǔn)并與底層光纖面相連接，并可實(shí)現(xiàn)單個(gè)元件的無縫集成。2PP技術(shù)可實(shí)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(jì)。因此，這種復(fù)合光子結(jié)構(gòu)的快速原型設(shè)計(jì)使得在根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行改變?cè)O(shè)計(jì)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)快速的設(shè)計(jì)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(jì)和帶有支撐結(jié)構(gòu)的微透鏡。靈感來自于KAUST的設(shè)計(jì)。由Nanoscribe制作

A2PL技術(shù)實(shí)現(xiàn)納米精度三維對(duì)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(duì)準(zhǔn)光纖光軸的微光學(xué)元件。新一代的Quantum X對(duì)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(shí)，更快、更簡(jiǎn)便、更精確地完成這項(xiàng)任務(wù)。這是因?yàn)镼uantum X align是基于最 先進(jìn)的平臺(tái)，并具有專 利的對(duì)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(xiàng)目團(tuán)隊(duì)

阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)-生物和環(huán)境科學(xué)工程系

阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)-計(jì)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

FM801多模式甲醛檢測(cè)儀產(chǎn)品簡(jiǎn)介：

?光電光度法的檢測(cè)原理(甲醛氣體與β二酮化學(xué)反應(yīng)，雷替丁衍生物導(dǎo)致色度變化)，精度高
?獨(dú)特的主機(jī)+比色傳感器盒設(shè)計(jì)
?多種檢測(cè)模式可選
?傳感器盒小巧精致，可重復(fù)使用數(shù)十次到數(shù)百次不等
?獨(dú)有的擴(kuò)散式過濾器，有效減少溫濕度等環(huán)境因素對(duì)檢測(cè)的影響，是目前市場(chǎng)上穩(wěn)定的甲醛檢測(cè)儀(甲醛儀)
?甲醛濃度單位可選：μg/m3(mg/m3)、ppb(ppm)
?可接入格雷沃夫便攜式(固定式)多功能環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，利用格雷沃夫軟件的功能(讀數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)注釋、存儲(chǔ)、分析、報(bào)告)，實(shí)現(xiàn)完整的室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)解決方案。
 
FM801多模式甲醛檢測(cè)儀產(chǎn)品特點(diǎn)：
?傳感器盒可插入主機(jī)使用，也可分別單獨(dú)作為擴(kuò)散式采樣器使用(采樣完成后再插入主機(jī)獲取讀數(shù))，靈活方便，可同時(shí)進(jìn)行多點(diǎn)檢測(cè)
?多種檢測(cè)模式可選：?jiǎn)吸c(diǎn)直接測(cè)量、采樣器多點(diǎn)同時(shí)測(cè)量、連續(xù)監(jiān)測(cè)

FM801多模式甲醛檢測(cè)儀檢測(cè)原理：
甲醛氣體使傳感器片玻窗產(chǎn)生色度變化

傳感器片玻窗中的多孔玻璃被注入β二酮，β二酮與空氣中的甲醛氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)的衍生物Rutidine使玻窗顏色不斷變黃，變黃的程度與甲醛氣體的濃度和暴露時(shí)間成正比；高精度感光設(shè)備極ng準(zhǔn)檢測(cè)傳感器片玻窗采樣前后因顏色加深導(dǎo)致的吸光度變化，再結(jié)合內(nèi)部溫濕度傳感器提供的參數(shù)等，通過軟件的運(yùn)算將其轉(zhuǎn)換為ppb（μg/m3）級(jí)的甲醛濃度。