Integrating Free-Form Nanostructured GRIN Microlenses with Single-Mode Fibers for Optofluidic Systems.
Integrating Free-Form Nanostructured GRIN Microlenses with Single-Mode Fibers for Optofluidic Systems.
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DOI：
10.1038/s41598-018-23464-6
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发表时间：
2018-03-22
影响因子：
4.6
通讯作者：
Buczynski R
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Kasztelanic R;Filipkowski A;Anuszkiewicz A;Stafiej P;Stepniewski G;Pysz D;Krzyzak K;Stepien R;Klimczak M;Buczynski R
我们提出了一种新的紧凑的透镜光纤系统，利用纳米结构梯度透镜的理论和实验研究。该透镜可以与光纤集成，确保在任何高折射率介质（例如液体）中实现独特且高效的聚焦。我们利用有效介质方法设计任意折射率的透镜。为了制造透镜，我们利用由两种类型的玻璃制成的纳米尺寸的棒的离散阵列，并应用标准的堆叠和拉伸光纤拉伸技术。制造的纳米结构GRIN透镜具有抛物线折射率分布，直径为标准光纤，工作距离非常短（空气中为55 µm），数值孔径（NA = 0.16）。作为一个新的微透镜光纤系统的概念验证，我们演示了微米级玻璃珠的光捕获实验。我们还表明，我们的方法是兼容的光纤技术，并允许在2D中的折射率分布的任何形状。因此，通过用轴棱锥透镜、涡旋型元件、微透镜阵列或衍射元件代替GRIN透镜，可以实现新的功能。
We present both a theoretical and an experimental study of a novel compact lensed fiber system utilizing a nanostructured GRIN lens. The lens can be integrated with an optical fiber, which ensures a unique and efficient focusing in any high index medium, such as a liquid. We use the effective medium approach to design lenses with arbitrary refractive index. To fabricate lenses, we utilize a discrete array of nano-sized rods made of two types of glasses, and apply a standard stack-and-draw fiber drawing technology. The fabricated nanostructured GRIN lenses have a parabolic refractive index profile with a diameter of a standard fiber, very short working distances (55 µm in the air) and a high numerical aperture (NA = 0.16). As a proof-of-concept of the new micro-lensed fiber system, we demonstrate an experiment on optical trapping of micrometer-sized glass beads. We also show that our method is compatible with optical fiber technology and allows for any shape of the refractive index distribution in 2D. Thanks to that a new functionality could be achieved by replacing the GRIN lens with an axicon lens, vortex type elements, micro-lenses arrays or diffraction elements.
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