光纤集成三维微光学器件
Nanoscribe的高精度3D打印技术能够在光纤端面直接制备自由曲面微光学器件。其自动对准系统可实现相对于纤芯位置与取向的精准定位,对准精度达500纳米。这些技术能力为数据通信、电信传输、医学成像、传感探测及光子封装等领域,实现了高度微型化的光纤集成系统。
微光学赋能的光纤高级功能
光纤端面高分辨率三维微光学器件制造技术
在光纤端面直接制造微光学器件,可实现系统的微型化,并在光纤接口处实现对光场的精确调控。这种紧凑型集成方案消除了精密的装配步骤,避免了额外的对准、焊接或粘合工序,从而直接在光纤尖端实现光学功能化。
在光纤上制造高精度微光学器件,需要满足亚微米级分辨率、优异的表面质量以及相对于光轴的精准对准要求。Nanoscribe公司的Quantum X align系统通过利用探测精度达500纳米的自动对准技术,直接在光纤端面上制造自由曲面、多表面复合光学系统,以应对这些挑战。通过在单一紧凑结构中融合折射与衍射功能,三维打印微光学器件实现了超
基于纤的3D微光学
Nanoscribe的双光子灰度光刻技术(2GL®)在传统双光子聚合技术基础上,将灰度等级扩展至4000级以上。通过精确调控曝光过程中的体素尺寸,2GL技术能够制造出具有高形貌保真度的平滑、连续折射/衍射光学元件——这对于传输效率和光束质量至关重要。同时,与基于分层制造的2PP技术相比,2GL在保证光学质量的前提下显著缩短了制造时间。
Quantum X align系统采用2GL®技术直接在光纤端面进行三维打印制造微光学器件,在保持高设计自由度和量产能力的同时,无需后续的焊接或组装工序。这种方式可实现高度微型化的光学系统,其功能化表面直接位于光纤接口处,例如在内窥成像等应用中。
光学元件相对于光轴的错位会直接影响模态特性、光学性能及耦合效率。Nanoscribe的对准双光子光刻技术(A2PL®)通过检测纤芯与光轴位置,并在单一工艺步骤中实现自动对准打印,从而确保精准定位。该系统支持广泛的光纤类型,包括单模光纤、多模光纤、保偏光纤及光纤阵列。这种多样性使得制造用于光束整形、光学捕获、成像、结构光生成、光学传感及光子耦合等应用的高度集成微光学系统成为可能。
为何选择 Quantum X 用于光纤三维微光学系统的对准
选择Quantum X align进行光纤三维微光学制造的核心优势:
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2GL®三维打印技术:实现快速三维微纳制造,具备优异光学质量、高形貌精度与短周期时间,具有超光滑表面处理能力(粗糙度Ra低至5纳米),及高分辨率衍射元件制造能力。
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广泛的光纤兼容性:支持多种光纤类型,包括单模光纤、多模光纤、保偏光纤及光纤阵列。更多类型详见技术说明。
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丰富的材料体系:经过验证的光学制造专用光刻胶材料,在紫外至近红外波段具有高透光性,提供多种折射率与阿贝数组合,并在激光、热力及湿度应力环境下表现稳定。
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高通量光纤处理能力:单次打印可处理多达4×8根光纤,支持光纤端面微光学器件的规模化制造。
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自动对准技术:采用高精度光学检测实现相对于纤芯与光轴的对准打印,彻底消除额外组装工序。
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基于直观图形界面的简易对准流程:无需编程即可可视化配置简单及复杂的对准流程,适用于各级别用户。
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行业验证的技术方案:Nanoscribe的对准三维打印解决方案已在光学设计(如Printoptix)和光子封装(如PHIX B.V.)领域领先专家的工作流程中获得广泛应用验证。
常见问题解答:光纤微光学器件三维打印
如何在光纤上进行对准打印?
Nanoscribe系统通过nanoPrintX软件进行操作,该软件提供图形用户界面以配置对准和打印流程。在nanoPrintX中,对准流程以树状结构的工作流进行定义。专用光纤节点会自动检测光纤纤芯并将其设为参考基准,因此所有指定结构均会相对于此位置进行打印。微光学元件由此实现原位制造,并自动与纤芯精确对准,全程无需人工干预,确保了高重复性,并支持高效的批量处理。
Quantum X align 支持哪些类型的光纤?
Nanoscribe Quantum X align 系统支持在多种类型的光纤上进行打印,包括:
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单模光纤(SMF)
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多模光纤(MMF)
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保偏光纤(PM)
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安装在 FC/PC 连接器中的切割端面光纤
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光纤阵列(例如 V 型槽组件、4 x 8 光纤阵列,也可按需定制)
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多芯光纤
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光纤束
如需了解其他光纤类型的更多信息,请通过 sales@nanoscribe.com 联系我们。
光纤端面三维打印微光学器件的稳定性如何?
在光纤端面通过三维打印技术制造的微光学器件,在标准化环境测试中已证实具备优异的稳定性。例如,已在SMF28光纤阵列上通过三维打印制备的潜望式透镜与准直透镜等自由空间光耦合元件,均在湿热环境测试条件下(85°C / 85% 相对湿度,持续1000小时)进行了验证。
耦合性能通过潜望镜结构进行评估:将光信号从一根光纤中发射,经相邻光纤上的两具潜望镜传输后,耦合回第二根光纤。测试比较了湿热暴露前后的耦合损耗,结果显示每个耦合界面所引入的附加损耗 ≤ 0.3 dB。同时,通过光束分析仪对三维打印准直透镜的出射光束进行表征,并对束腰处的高斯光束拟合结果进行了对比分析。测试后,模场直径的平均变化率仅为1.3%。
此外,该微光学器件亦通过了数百次 -20°C 至 +125°C 的温度循环测试。上述测试全面评估了打印器件的材料 与结构稳定性。结果表明,在光学性能与机械完整性(包括形状保持性及与基底的附着强度)方面,均未观测到可测量的变化。这证实了该类器件能够满足各类严苛应用场景的要求。
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面向集成光子学与光学的对准3D打印技术
光学制造材料
专为微光学元件制备优化的光刻胶
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本部分精选的科学出版物,展示了采用 Nanoscribe 高分辨率 3D 打印技术制备的光纤微光学器件。 如需进一步了解,您可登录或免费注册,访问高级资源库,查阅超过 2500 篇同行评议科学文献。
Side-looking endoscopic micro-optics: comparison between state-of-the-art two-photon polymerization printing techniques
Authors: Jan Niklas Bauer, Leander Siegle, Claudia Imiolczyk, Pavel Ruchka, and Harald Giessen
Affiliation: 4th Physics Institute and Research Center SCoPE, University of Stuttgart, School of Electrical and Mechanical Engineering and Institute for Photonics and Advanced Sensing, The University of Adelaide
Journal: Optics Express 33, 33473-33482 (2025)
3D-printed micro-axicon enables extended depth-of-focus intravascular...
Authors: P. Ruchka, A. Kushwaha, J. A. Marathe, L. Xiang, R. Chen, R. W. Kirk, J. T. M. Tan, C. Bursill, J. Verjans, S. Thiele, R. Fitridge, R. A.McLaughlin, P. J. Psaltis, H. Giessen, J. Li
Affiliation: Uni Stuttgart, Uni Adelaide, Printoptix
Journal: Advanced Photon. 7(2) 026003 (3 March 2025)
An achromatic metafiber for focusing and imaging across the entire...
Authors: H. Ren, J. Jang, C. Li, A. Aigner, M. Plidschun, J. Kim, J. Rho, M. A. Schmidt & S. A. Maier
Affiliation: Monash University, Ludwig Maximilian University of Munich, POSTECH, Leibniz Institute of Photonic Technology, FSU Jena, Imperial College London
Journal: Nature Communications 13, 4183 (2022)
3D-printed fiber-based zeroth- and high-order Bessel beam generator
Authors: Innem V. A. K. Reddy, Andrea Bertoncini, Carlo Liberale
Affiliation: King Abdullah University of Science and Technology, University at Buffalo
Journal: Optica 9, 645-651 (2022)