Uma equipe interdisciplinar de pesquisadores da Coréia, Austrália, Grã-Bretanha e Alemanha – com a participação do Leibniz Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) – conseguiu pela primeira vez otimizar uma fibra de vidro óptica de tal forma que a luz de diferentes comprimentos de onda pode ser focado com extrema precisão. O nível de precisão é alcançado pela nanoimpressão 3D de uma lente óptica aplicada na extremidade da fibra.
Isso abre novas possibilidades para aplicações em microscopia e endoscopia, bem como em terapia a laser e tecnologia de sensores. Os pesquisadores publicaram seus resultados na revista Nature Communications.
As lentes nas extremidades das fibras ópticas atualmente usadas em endoscopia para diagnósticos médicos têm a desvantagem da aberração cromática. Este erro de imagem da óptica, causado pelo fato de que a luz de diferentes comprimentos de onda, ou seja, diferentes cores espectrais, é moldada e refratada de forma diferente, leva a uma mudança no ponto focal e, portanto, ao desfoque na imagem em uma ampla faixa de comprimentos de onda. Lentes acromáticas, que podem minimizar essas aberrações ópticas, fornecem um remédio.
Lente meta para focagem exata da luz
Essa lente acromática, a chamada metalente, que é acoplada à extremidade de uma fibra óptica e permite focar e obter imagens de detalhes minuciosos com imagens de profundidade de campo, agora foi realizada pela primeira vez por uma equipe internacional .
“Para uma forma ideal de luz e foco acromático, criamos uma lente ultrafina à base de polímero, que consiste em um design complexo de estruturas geométricas na forma de nanopilares. Essa estrutura foi impressa diretamente na ponta de uma estrutura de torre oca impressa em 3D em uma das extremidades de uma fibra óptica comercial. Desta forma, as fibras ópticas podem ser funcionalizadas de tal forma que a luz pode ser focada de forma muito eficiente em um ponto focal e imagens com alta resolução podem ser geradas”, explica o Prof. Dr. Markus Schmidt, chefe do Departamento de Fotônica de Fibra da Leibniz IPHT, que co-desenvolveu a lente óptica.
A metalente realizada pelos pesquisadores tem um diâmetro de lente de 100 micrômetros e uma abertura numérica (NA) de 0,2, que é significativamente maior em comparação com as lentes acromáticas usadas anteriormente nas extremidades das faces da fibra e, assim, alcança uma melhor resolução. A lente permite que as aberrações ópticas sejam corrigidas e a luz em uma largura de banda espectral de 400 nanômetros na faixa do infravermelho seja focada com muita precisão.
“É notável que os nanopilares individuais tenham diferentes alturas variando de 8,5 a 13,5 micrômetros. Isso permite que os diferentes comprimentos de onda da luz sejam focados em um único ponto focal”, diz o Prof. Dr. Markus Schmidt.
Em estudos experimentais, os pesquisadores conseguiram demonstrar a lente e a eficiência de foco das fibras ópticas desenvolvidas usando imagens de varredura confocal baseadas em fibra como exemplo: usando uma fibra com meta-óptica acromática, eles alcançaram uma qualidade de imagem convincente com alta eficiência de aquisição de imagem e alto contraste de imagem em diferentes comprimentos de onda. As posições de foco permaneceram quase constantes mesmo em diferentes comprimentos de onda.
Formato de luz ideal para uma ampla gama de aplicações
“Como a metalente nanoestruturada desenvolvida é extremamente pequena e plana, um design de fibra ótica com ótica acromática na parte superior oferece o potencial de avançar ainda mais os sistemas de imagem endoscópica miniaturizados e flexíveis baseados na tecnologia de fibra e permitir exames minimamente invasivos ainda mais suaves”. O Prof. Dr. Markus Schmidt explica um possível cenário de aplicação.
Além desta principal área de aplicação, os pesquisadores veem outras áreas de aplicação no campo da terapia e cirurgia assistida por laser, na comunicação por fibra óptica e na tecnologia de sensores de fibra.
Publicado em 27/10/2022 09h39
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