具有可调锥形几何结构的非球面光纤微透镜的确定性湿法蚀刻，以实现定制化的光学功能

《Nature Communications》：Deterministic wet etching of aspheric fiber microlenses with tunable conic geometry for tailored optical functionality

　　

摘要

在光子学、传感技术以及生物光子学领域中，引导光纤模式与周围介质中的辐射场之间的高效耦合始终是一个重要的限制因素。微透镜光纤为解决这一问题提供了希望，但如何实现具有可预测几何结构及确定光学性能的规模化制造，至今仍是个难题。在此，我们介绍了一种激光控制湿化学蚀刻技术（LCWCE），这是一种单参数策略，能够直接在标准光纤上塑造从双曲面到抛物面以及长椭球面的各种微透镜形状。局部激光照明可形成轴向受限的蚀刻速率梯度，从而实现对曲率和工作距离的亚微米级精确控制，且这种控制不受光纤类型或内部结构的限制。通过结合波动光学、热传导以及温度依赖性蚀刻动力学的一体化多物理场模型，可以解释所观察到的几何结构变化，并验证其背后的作用机制。LCWCE技术不仅可实现毫瓦级低功率的光纤基光学捕获功能，还能用于活体大脑中1.5毫米深度以内的微创树突检测及单细胞神经信号分析，从而将随处可见的光纤转变为可规模化使用的、高性能的光子探针。