Para peneliti telah menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa mikro-optik berbasis polimer yang dicetak 3D dapat menahan panas dan tingkat daya dalam laser. Kemajuan ini memungkinkan sumber laser yang murah, ringkas dan stabil yang dapat berguna untuk berbagai aplikasi, termasuk sistem lidar untuk kendaraan otonom.
“Kami secara signifikan mengurangi ukuran laser dengan menggunakan pencetakan 3D untuk membuat mikro-optik berkualitas tinggi secara langsung pada serat kaca yang digunakan di dalam laser,” kata ketua tim peneliti Simon Angstenberger dari Institut Fisika ke-4 di Universitas Stuttgart di Jerman. “Ini adalah implementasi pertama dari optik cetak 3D semacam itu dalam laser dunia nyata, yang menyoroti ambang batas kerusakan dan stabilitasnya yang tinggi.”
Dalam jurnal “Optics Letters”, para peneliti menjelaskan bagaimana mereka mencetak optik skala mikro 3D secara langsung pada serat optik untuk menggabungkan serat dan kristal laser secara kompak dalam satu osilator laser. Laser hibrida yang dihasilkan menunjukkan operasi yang stabil pada daya output lebih dari 20 mW pada 1063,4 nm dan mencapai daya output maksimum 37 mW.
Laser baru ini memadukan kekompakan, kekokohan, dan keefektifan biaya laser berbasis serat dengan keunggulan laser solid-state berbasis kristal, yang dapat menunjukkan berbagai macam sifat seperti daya dan warna yang berbeda.
“Hingga saat ini, optik cetak 3D terutama digunakan untuk aplikasi berdaya rendah seperti endoskopi,” kata Angstenberger. “Kemampuan untuk menggunakannya dengan aplikasi berdaya tinggi dapat berguna untuk litografi dan penandaan laser, misalnya. Kami menunjukkan bahwa optik mikro 3D yang dicetak pada serat ini dapat digunakan untuk memfokuskan cahaya dalam jumlah besar ke satu titik, yang dapat berguna untuk aplikasi medis seperti menghancurkan jaringan kanker secara tepat.”
Institut Fisika ke-4 di Universitas Stuttgart memiliki sejarah panjang dalam mengembangkan mikro-optik cetak 3D, khususnya kemampuan untuk mencetaknya langsung ke serat. Mereka menggunakan pendekatan pencetakan 3D yang dikenal sebagai polimerisasi dua foton, di mana laser inframerah difokuskan ke dalam fotoresistor yang peka terhadap sinar UV.
Untuk penelitian ini, para peneliti menggunakan printer 3D Nanoscribe untuk membuat lensa dengan diameter 0,25 mm dan tinggi 80 mikron pada ujung serat dengan diameter yang sama. Hal ini memerlukan penyelarasan yang sangat tepat antara cetakan dengan serat dan akurasi yang tinggi dari proses pencetakan itu sendiri.
“Karena elemen cetak 3D ini terbuat dari polimer, tidak jelas apakah mereka dapat menahan sejumlah besar beban panas dan daya optik yang terjadi di dalam rongga laser,” kata Angstenberger. “Kami menemukan bahwa lensa ini ternyata sangat stabil, dan kami tidak dapat mengamati kerusakan apa pun pada lensa, bahkan setelah beberapa jam menjalankan laser.”
Setelah pencetakan selesai, para peneliti merakit laser dan gua laser. Alih-alih menggunakan kristal dalam rongga cermin laser yang besar dan mahal, mereka menggunakan serat untuk membentuk bagian dari rongga tersebut, menciptakan laser hibrida serat-kristal. Lensa yang dicetak pada ujung serat memfokuskan dan mengumpulkan – atau memasangkan – cahaya yang masuk dan keluar dari kristal laser.
Para peneliti sekarang berencana untuk mengoptimalkan efisiensi optik yang dicetak. Serat yang lebih besar dengan desain lensa bentuk bebas dan asferis yang dioptimalkan atau kombinasi lensa yang dicetak langsung ke serat dapat membantu meningkatkan daya output. Mereka juga ingin mendemonstrasikan kristal yang berbeda dalam laser yang dapat memungkinkan penyesuaian output untuk aplikasi tertentu.
