Abstimmbare Metafasern zur leistungsgesteuerten Fernfokussierung von Licht
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Die präzise Steuerung der Lichtfokussierung ist für Anwendungen von der Mikroskopie und Laserchirurgie bis hin zur Quantenoptik und Telekommunikation unerlässlich. Bestehende Lösungen sind jedoch oft auf große, komplexe externe Komponenten angewiesen, die die Integration und Geschwindigkeit einschränken.
Abbildung 1. Illustration des Konzepts der abstimmbaren Metafaser.
Sun, J., Huang, W., Lorenz, A. et al.
In einer neuen Studie haben Forscher unter der Leitung von Professor Markus A. Schmidt vom Leibniz-Institut für Photonische Technologien und der Friedrich-Schiller-Universität Jena eine neuartige Lösung vorgestellt: die abstimmbare Metafaser. Dieses vollständig in die Faser integrierte Gerät verwendet ein 3D-Nanoprint-Phasenhologramm direkt auf der Endfläche einer Doppelkernfaser, um eine Fernsteuerung des Fokus durch einfache Anpassung der relativen Leistung zwischen den geführten Moden der Faser zu erreichen.
Das Hologramm ist so konzipiert, dass es auf Veränderungen im Interferenzmuster des von den beiden Kernen ausgesandten Lichts anspricht und eine Verschiebung der Position des Brennpunkts ohne bewegliche Teile ermöglicht. Experimentelle Ergebnisse bestätigen, dass eine präzise und kontinuierliche Fokusmodulation von mehr als 3 Mikrometern bei gleichbleibend hoher Strahlqualität erreicht werden kann.
Dieser neue Ansatz ermöglicht eine kompakte, robuste und schnell abstimmbare Fokussierung mit optischen Fasern und bringt das Feld der rekonfigurierbaren Photonik deutlich voran. Zu den potenziellen Anwendungen gehören optische Hochgeschwindigkeitsfallen, integrierte endoskopische Werkzeuge für die minimalinvasive Diagnostik oder Chirurgie sowie eine verbesserte Signalführung in Faserkommunikationssystemen.
Die Abstimmbarkeit der Metafaser beruht ausschließlich auf Leistungsmodulation - eine Methode, die viel schneller ist als herkömmliche mechanische oder auf Flüssigkristallen basierende Ansätze - und ist mit bestehenden Fasersystemen kompatibel. Dies macht sie ideal für eine schnelle Implementierung sowohl in der Forschung als auch in industriellen Anwendungen.
Die Studie stellt einen Meilenstein in der photonischen Integration in Fasern dar und eröffnet spannende Möglichkeiten für die Entwicklung von faserbasierten optischen Systemen der nächsten Generation.
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