这篇论文的研究内容由法国艾克斯-马赛大学的Siddharth Sivankutty教授及其团队完成，研究成果发表在《Optics Letters》期刊上。该研究聚焦于开发一种高效的微型化超快相干光束组合器，结合3D打印微光学技术，旨在提升多核光纤内窥镜的成像能力。
在医学和生物研究领域，能够在体内深处以细胞分辨率进行成像一直是一个重要的目标。然而，组织中的散射现象严重阻碍了高分辨率光学成像的实现。传统的内窥镜由于其较大的尺寸（通常≥1毫米），只能在空腔器官中进行成像，限制了其应用范围。因此，研究者们对将非线性成像技术应用于内窥镜以及大幅度缩小内窥镜的尺寸产生了浓厚的兴趣。近年来，基于光纤的无透镜内窥镜逐渐兴起，利用自适应光学的概念将内窥镜的尺寸缩小到裸光纤的大小，且在光纤远端没有移动部件。尽管已有多模光纤和线性成像对比的显著演示，但非线性成像方法仍然较为稀缺。
在之前的研究中，团队展示了多核光纤（MCF）在多光子显微镜中的理想应用，能够提供灵活的非线性成像设备。与传统的光纤束相比，多核光纤具有均匀的单模核心，核心之间的间距较大，这带来了极低的串扰和群延迟色散，使得超短脉冲的传输和快速无伪影的两光子成像成为可能。然而，稀疏的核心排列导致中心焦点的相对功率极低（约0.01），这是影响成像效率的主要因素。为了解决这一问题，研究者们设计了一种名为“超望远镜”的光学系统，利用微透镜阵列对每个光纤核心发出的光束进行准直，从而提高光束的填充因子。通过这种方法，研究团队成功地将光束的组合效率提高了35倍，显著改善了信噪比（SNR）成像。
在技术实现方面，研究团队采用了两光子光刻技术，直接在多核光纤的尖端制造超望远镜。这一过程使用了Nanoscribe的设备Photonic Professional GT，能够在微米级别上实现高精度的光学元件制造，适合于复杂的光学结构。通过这种3D打印技术，研究者们能够在光纤的尖端直接构建微透镜阵列，确保光学元件与光纤核心的精确对齐。这种方法不仅提高了光学系统的集成度，还为实现更小型化的内窥镜提供了可能。
研究结果表明，所开发的3D打印超望远镜在200微米的光纤尖端上实现了0.35的组合效率，焦点大小为5.2微米。这一成果不仅是相干光束组合器中组合光束数量最多、设备体积最小的示范，也为未来的非线性成像技术提供了新的可能性。研究者们通过对光束的相位调制和空间光调制器（SLM）的应用，成功地实现了光束的相干组合，生成了一个集中的焦点。
随着微型化光学系统的不断发展，未来的研究可以在多个方面进行深入探索。尽管本研究已实现了显著的效率提升，但仍有进一步优化的空间。未来的工作可以集中在改进光学设计和材料选择上，以实现更高的组合效率。此外，该技术不仅限于内窥镜成像，还可以扩展到其他领域，如生物传感、光通信等。研究者们可以探索如何将这一技术应用于不同的光学系统中，以满足多样化的需求。
随着技术的成熟，未来有望将这种微型化内窥镜应用于临床实践中，帮助医生在更小的创伤下进行更精确的诊断和治疗。总的来说，Siddharth Sivankutty教授及其团队的研究为微型化内窥镜技术的发展提供了新的思路和方法。通过结合3D打印技术与多核光纤的优势，研究者们成功地克服了传统内窥镜在成像效率上的局限，为未来的医学成像技术开辟了新的方向。这项研究不仅具有重要的学术价值，也为实际应用提供了广阔的前景。
相关文献及图片出处
https://doi.org/10.1364/OL.435063
