原文标题：Compact and flexible fiber design ensures efficient focusing and razor-sharp images thanks to 3D printing

用于消色差聚焦和成像的消色差metafiber的原理。位于3D打印的空心塔顶部的消色差金属体（用于纤维束扩展）通过3D激光纳米打印与单模光纤对接。插图：一个放大的3D纳米柱元原子（高度：H，长度：L，宽度：W），其高度提供了一个大的群延迟调制范围。资料来源：《自然通讯》（2022）。DOI: 10.1038/s41467-022-31902-3

一个由来自韩国、澳大利亚、英国和德国的跨学科研究团队--在莱布尼兹光子技术研究所的参与下，首次能够以这样的方式优化玻璃光纤，使不同波长的光线能够极其精确地聚焦。这种精确程度是通过对应用于光纤末端的光学透镜进行3D纳米打印来实现的。

这为显微镜和内窥镜以及激光治疗和传感器技术的应用提供了新的可能性。研究人员在《自然通讯》杂志上发表了他们的成果。

目前用于医疗诊断的内窥镜中的光纤端面的透镜有色差的缺点。这种光学的成像误差是由不同波长的光，即不同光谱颜色的光的形状和折射不同而引起的，它导致了焦点的偏移，从而导致在广泛的波长范围内成像的模糊性。可将这些光学像差降至最低的消色差透镜提供了一种补救办法。

用于精确光聚焦的元透镜

这样一种消色差透镜，即所谓的元透镜，它被连接到光纤的末端，可以通过景深成像对微小细节进行聚焦和成像，现在已经由一个国际团队首次实现。

"为了实现理想的光塑造和消色差聚焦，我们实现了一个超薄的聚合物基透镜，它由纳米柱形式的几何结构的复杂设计组成。这种结构被直接打印在商业光纤的一个端面上的3D打印空心塔结构的顶端。莱布尼茨IPHT的纤维光子学部门负责人Markus Schmidt教授博士解释说，"通过这种方式，光纤可以被功能化，从而使光可以非常有效地聚焦在一个焦点上，并产生具有高分辨率的图像，"他共同开发了该光学透镜。

研究人员实现的元透镜的透镜直径为100微米，数值孔径（NA）为0.2，与之前在光纤端面使用的消色差透镜相比，其数值孔径明显提高，从而实现了更好的分辨率。该透镜允许光学畸变得到纠正，红外范围内400纳米的光谱带宽内的光可以非常精确地聚焦。

"值得注意的是，各个纳米柱的高度不同，从8.5到13.5微米不等。这使得不同波长的光可以集中在一个焦点上，"马库斯-施密特教授博士说。

在实验研究中，研究人员能够以基于光纤的共焦扫描成像为例，证明所开发的光纤的透镜和聚焦效率。使用带有消色差元光学器件的光纤，他们实现了令人信服的图像质量，在不同的波长下具有高的图像采集效率和高的图像对比度。即使在不同的波长下，焦点位置也几乎保持不变。

为广泛的应用提供最佳的光塑造

"由于所开发的纳米结构元透镜非常小且平坦，顶部带有消色差光学器件的光纤设计为进一步推进基于光纤技术的小型化和灵活的内窥镜成像系统提供了潜力，并能实现更加温和的微创检查，"Markus Schmidt教授博士解释了一种可能的应用场景。

除了这个主要的应用领域外，研究人员还认为在激光辅助治疗和手术领域、光纤通信和光纤传感器技术方面有进一步的应用前景。