光纤内部微型全息图使科学家能够以惊人精度操控光线

在发表于Light: Science & Applications的一项新研究中，由德国莱布尼茨光子技术研究所和耶拿弗里德里希·席勒大学的Markus A. Schmidt教授领导的研究团队提出了一种创新解决方案：可调谐元光纤。该全光纤集成器件通过在双芯光纤端面直接3D纳米打印纯相位全息图，仅需调节光纤导模间的相对功率即可实现远程焦点控制。

全息图设计对双纤芯发射光干涉图案的变化具有敏感性，从而实现焦点位置移动而无需任何机械部件。实验结果证实，在保持高光束质量的同时，可实现超过3微米的精确连续焦点调制。

这种新方法利用光纤实现了紧凑、坚固且快速的可调谐聚焦，显著推进了可重构光子学领域发展。潜在应用包括高速光捕获、用于微创诊断或手术的集成内窥镜工具，以及改进光纤通信系统中的信号路由。

元光纤的调谐能力完全源于功率调制——该方法远快于传统的机械或液晶方案——且与现有光纤系统兼容。这使其成为研究和工业应用中快速实施的理想选择。

该研究标志着光纤上光子集成的里程碑，并为开发新一代光纤光学系统开辟了新途径。

图1展示了使用耦合到单模双芯光纤的纯相位3D纳米打印全息图实现功率控制、全光纤集成空间聚焦的示意图。为说明工作原理，黄色和红洋红色区域（深蓝色虚线：光纤中心轴）分别展示了与两种导模相对功率差（绿色与红色）对应的聚焦光束。左中插图显示了当双模功率相等时全息面干涉高斯光束的强度分布实例。右上（比例尺：20µm）和中（比例尺：100µm）插图分别展示了纳米打印3D全息图和双芯光纤端面扩展区域的显微图像。底部插图展示了通过调节双纤芯相对功率差实现的空间焦点调谐，总焦点位移超过3微米。