上海光机所在高分辨率多芯成像光纤研究方面取得进展

  近日，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室在高分辨率多芯成像光纤研究取得进展。研究团队采用低成本硅酸盐玻璃成功制备5000纤芯的多芯成像光纤，可见光-近红外波段空间分辨率优于4um，无损成像最小弯曲半径小于2cm。相关研究成果以“Bend-resistant high-resolution imaging optical fiber”为题发表于Optics & Laser Technology。

图1 光纤制备流程

  多芯成像光纤作为内窥镜的关键元件，在生物医学成像和许多需要轻量化、小型化的成像系统中发挥着重要的作用，然而现有多芯成像光纤在分辨率、串扰、抗弯性能等方面仍有许多不足，高性能国产成像光纤研究仍存在大量空白。

图2 光纤纤芯间理论串扰

  研究团队选用H-ZK9B和H-K3两款低成本硅酸盐玻璃，改进堆叠-拉伸法，设计并制备了一款三芯六边形密堆成像光纤。这类三种尺寸纤芯的多层堆叠方式，可以最大程度降低相邻纤芯的串扰，有效抑制芯间耦合。制备的5000纤芯的多芯成像光纤，在750 nm波长下，最大数值孔径大于0.552。多芯成像光纤外径30um，单个纤芯直径1.1-1.8um，纤芯间距约2um，650nm照明波长下最高分辨率小于4um，高密度六边形纤芯排列可以在不显著增加光纤外径尺寸且提高光纤抗弯性能的情况下提升成像分辨率。在弯曲半径小于2 cm条件下，光纤成像性能在全波长范围(可见光-近红外)无肉眼可见退化，较国外商用光纤产品成像性能显著提高。

图3 不同弯曲半径下成像效果

  相关工作得到了高温气体动力学国家重点实验室的资助。

  论文链接：http://www.siom.cas.cn/xwzx/kydt/202209/t20220929_6518851.html