論文の概要: High precision micro-optical elements on fiber facets via focused-ion beam machining

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.18426v1
• Date: Mon, 20 Apr 2026 15:45:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-28 19:40:44.19261
• Title: High precision micro-optical elements on fiber facets via focused-ion beam machining
• Title（参考訳）: 集束イオンビーム加工によるファイバフェットの高精度微細光学素子
• Authors: Raman Kumar, Sebastian Will,
• Abstract要約: モノリシックに集積された光ファイバ光学素子は、量子技術における幅広い応用を可能にする。 これらの光学素子は、中性原子顕微鏡のためのビームシェーピングや、自由空間量子ネットワークリンクのための構造化光の生成など、量子技術における幅広い応用を可能にしている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.7045044665125362
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Fiber-integrated micro-optical elements promise a scalable approach to photon collection and beam shaping for quantum information processing. Here, we demonstrate single-step fabrication of micro-spherical, micro-spiral, and micro-axicon structures directly on the core of single-mode optical fibers using focused ion beam (FIB) machining with nanometer-scale precision. Atomic force microscopy reveals that micro-concave and micro-convex spherical surfaces achieve shape accuracies of approximately $λ/80$ and $λ/50$ at $λ= 780$ nm, respectively. Optical characterization using a He-Ne laser at 633 nm confirms the expected far-field donut beam patterns for the micro-spiral and micro-axicon structures. Mach-Zehnder interferometry further verifies the corresponding azimuthal and radial phase profiles of the light emitted from the spiral and axicon fibers. Surface metrology shows that the optimized FIB process preserves optical-grade surface quality, introducing no measurable additional roughness at spatial scales relevant to visible and near-infrared operation. These monolithically integrated fiber micro-optical elements enable a broad range of applications in quantum technology, including fiber micro-cavities for cavity quantum electrodynamics, beam shaping for neutral atom trapping, and the generation of structured light for free-space quantum network links.
• Abstract（参考訳）: ファイバ集積マイクロ光学素子は、量子情報処理のための光子収集とビーム整形へのスケーラブルなアプローチを約束する。 そこで我々は, 微細球状, マイクロスピラル, マイクロオキシコン構造を単一モード光ファイバーのコアに直接, ナノメートル精度の集束イオンビーム(FIB)加工により作製した。 原子間力顕微鏡は、微小凹面と微小凸面がそれぞれ約$λ/80$と$λ/50$の形状精度を$λ=780$nmで達成していることを示した。 633nmのHe-Neレーザーによる光学的特性評価により,マイクロ・スピラル構造とマイクロ・アクシコン構造に期待される遠距離ドーナツビームパターンが確認できる。 マッハ・ツェンダー干渉計は、スパイラルファイバーと軸索ファイバーから放射される光の対応するアジムタールと放射相プロファイルをさらに検証する。 表面メトロジーは、最適化されたFIBプロセスが光学グレードの表面品質を保ち、可視・近赤外操作に関連する空間スケールで測定可能な付加粗さを導入しないことを示している。 これらのモノリシックに集積されたファイバーマイクロ光学素子は、空洞量子力学のためのファイバーマイクロキャビティ、中性原子トラップのためのビームシェーピング、自由空間量子ネットワークリンクのための構造化光の生成など、量子技術の幅広い応用を可能にしている。

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