Исследователи из Университета Хериот-Ватт улучшили эндоскоп с пучком волокон, продемонстрировав химическое травление с лазерным усилением, и разработали способ значительно ускорить такое трехмерное моделирование блоков кремнезема перед травлением аналогичных структур.
В эндоскопах с полимерным волокном используется пучок из тысяч волокон, очень тщательно выровненных на каждом конце, для передачи изображения с одного конца пучка на другой конец.
Освещение может быть обеспечено путем направления света вниз через пучок со стороны просмотра и отображения того, что отразилось.
Но, как заявили в университете, когда освещение должно быть близко к ультрафиолетовому концу спектра, например, для флуоресцентных исследований, сам волокнистый полимер флуоресцирует, портя контрастность возвращаемого изображения.
Его ответ заключается в использовании нескольких внешних слоев волокон — около 18% из 13 000 волокон в пучке диаметром 1,5 мм, для направления света вниз с конца для просмотра и использовании средних 82% (диаметром ~ 1,4 мм) для просмотра.
Чтобы повернуть внешний свет внутрь на 90 ° на конце волокна, чтобы сформировать сходящийся лист освещения поперек поверхности видимых волокон, на конец пучка волокон было надвинуто выступающее круглое зеркало под углом 45 ° (см. изображение выше), и именно эта точная трехмерная зеркальная структура была изготовлена в Heriot-Watt с использованием технологии лазерного травления.
Лазерное травление включает ослабление нежелательных объемов блока кремнезема путем воздействия на него высоких уровней сфокусированной оптической энергии, после чего блок погружают в нагретый раствор гидроксида калия на несколько часов.
При правильном балансе лазерного воздействия и условий травления нежелательный материал предпочтительно удаляется со скоростью 1000:1 по сравнению с нужным материалом, который не подвергался лазерному воздействию.
Форма из кремнезема была покрыта серебром, чтобы создать окончательную отражающую поверхность.
Это часть университетского проекта под названием 4MD, который финансируется за счет гранта EPSRC «Платформа».
В связанной части 4MD в Hariot-Watt ученые ускорили процесс лазерного воздействия в 12 раз, отойдя от традиционного гауссовского распределения энергии по пишущему лазерному лучу.
Их модификация луча создает «вихревой фокус» в луче – фактически узкую (субволновую) трубку высокой энергии, которая имеет четкое начальное и конечное расстояние от фокусирующей оптики – она фактически сужается до максимальной энергии и снова сужается. на расстоянии вдоль луча, но после травления в правильных условиях получающееся отверстие выглядит так, как будто оно было просверлено.
Ключом к созданию этого необычного распределения энергии в луче является включение пространственного модулятора света — в данном случае отражающего модулятора с ~ 1200 x 1000 фазосдвигающих отражающих пикселей, разбросанных по 16 x 13 мм.
Это используется для имитации действия конической линзы, называемой аксиконом, которая преобразует пучок с профилем Гаусса в пучок с профилем Гаусса-Бесселя, который имеет это необычное ограниченное по длине концентрированное узкое «вихревое» распределение энергии.
Поскольку аксикон является виртуальным и представляет собой двумерный образец фазовых сдвигов на плоском пространственном модуляторе света, а не на фиксированном физическом объекте, его характеристики могут быть изменены на лету, чтобы также удлинить или укоротить плотность энергии вдоль луча. как истончение и ожирение его.
Импульсный режим лазера, когда блок, подлежащий травлению, перемещается под системой фокусировки, позволяет выстреливать перекрывающиеся столбцы слабости в блок кремнезема, которые, например, после травления соединяются в щель.
Функции, написание которых заняло около 15 минут с использованием фокуса по Гауссу, заняли 72 секунды с фокусом на вихре.
‘Исследование удлинения фокуса с использованием пространственного модулятора света для высокопроизводительного сверхбыстрого лазерного селективного травления плавленого кварца‘ в оптическом экспрессе описывает создание процесса записи вихревого фокуса и в какой-то мере объясняет, что такое фокус голосов.
Во второй статье «Оптическая эндомикроскопия с селективным плоским освещением с использованием полимерных волокон для визуализации» будет рассказано о кольцевом зеркале и о том, как оно было изготовлено.
