自罗马时代以来，将空气插入热玻璃中以形成气泡已被用于制造玻璃物体。在新的研究中，研究人员在微观尺度上应用这些相同的玻璃吹制原理，制作专门的微型锥形镜片，称为axicons。
Axicons用于以有利于光学钻孔，成像和创建用于操纵粒子或细胞的光学陷阱的方式成形激光。这些镜片已有60多年的历史，但它们的制作，尤其是小型镜片制作并不容易。
“我们的技术具有以低成本在玻璃中生产坚固的微型轴突的潜力，可用于生物医学成像应用的微型成像系统，如光学相干断层扫描或OCT，”研究团队成员Nicolas Passilly来自FEMTO-法国ST学院。
在光学学会(OSA)期刊Optics Letters中，研究人员描述了新的制造方法，该方法基于用于在半导体晶片上并行制造大量光子和电子电路的相同工艺。研究人员使用他们的方法制作直径为0.9和1.8毫米的玻璃轴，并证明它们成功地生成了贝塞尔光束。
“晶圆级微加工技术允许将轴识集成到更复杂的微系统中，这些系统也可以在晶圆级创建，从而形成由晶圆堆叠制成的系统，”Passilly说。“这种集成方式具有更好的光学校准，高性能真空包装以及最终系统的低成本，因为可以同时处理大量数据。”
创建微透镜
当与激光器一起使用时，轴向产生一束光，其开始为类似贝塞尔的光束 - 在其轴上具有最大强度的非衍射光束 - 然后变成远离轴锥的中空光束。类贝塞尔光束的景深可以比具有相似直径的传统圆形透镜聚焦的光束大几个数量级。光束的高景深允许光学钻孔更深入并产生更高质量的OCT图像。对于光学镊子，光束的贝塞尔状和空心部分都可用于捕获粒子或细胞。
传统上用于制造玻璃轴的技术一次只能生产一个镜头。尽管可以在聚合物中制造较便宜的轴，但是这些轴不能承受高温工艺，例如晶片级制造，或者用于需要高水平光功率的应用中。
“聚合物轴识不能用于光学钻孔，例如，因为瞬时光功率与核电站的功率相当，但持续时间极短，”Passilly说。
先前已经使用微玻璃吹制来制造微透镜，但是它通常涉及来自单个储器的气体膨胀。研究人员开发了一种轴锥制造方法，该方法结合了多个储层的气体膨胀，以产生光学元件的圆锥形状。该技术从下面对表面进行整形，留下高质量的光学表面，这与通常使用的方法不同，例如蚀刻来自从上方雕刻晶片的3-D掩模的转移。
为了实施新的微玻璃吹制方法，研究人员将硅腔沉积在同心环中，然后在大气压下用玻璃密封。将硅和玻璃叠层放入炉中导致气体中的气体膨胀，从而产生环形气泡。这些气泡被推出玻璃表面以形成锥形，然后抛光相对侧以仅留下成形透镜。
“尽管我们使用的所有工艺都是微加工的标准，但我们以非标准的方式应用这些技术来制造微型玻璃轴，”Passilly说。“这项技术可用于创造其他形状，甚至是没有圆柱对称的形状。”