В работе доказана возможность использования сверхфокусированного излучения полупроводникового лазера с высоким параметром распространения луча в приложениях биофотоники для оптического захвата и манипулирования эритроцитами и другими микроскопическими объектами. Концепция «сверхфокусировки» для лазера с высоким M^2 основана на генерации Бесселева пучка с использованием конической линзы и дополнена новой конструкцией для аксикона на торце оптического волокна. Нам удалось достичь поперечного размера сверхфокусированного пучка порядка 2–4 мкм при длине распространения 20 мкм. Это было сделано с помощью микроаксикона с углом при вершине 140° и лазерного луча 960 нм с параметром распространения луча M^2 = 18. Это дает на порядок меньший размер фокусного пятна по сравнению с минимальным размером фокусного пятна, достижимым при таком луче и идеальной линзе NA = 1. Таким образом, результаты являются хорошим предзнаменованием для будущих разработок в области обработки материалов, трехмерной лазерной печати, биомедицинской фотоники, где требуется как высокая мощность, так и точная фокусировка.

The super-focused radiation from a semiconductor laser with a high beam propagation parameter can be used in biophotonics applications for optical trapping and tweezing of red blood cells and other microscopic objects. The concept of ‘super-focusing’ for laser-diode high-M^2 beams relies on the generation of a Bessel beam using a conical lens and based on the novel fibre-integrated design for the axicon. We have been able to achieve the transverse size of the needle-beam of approximately 2–4 µm with a propagation length of 20 µm. This was produced with a 140° micro-axicon from a 960 nm laser beam with beam propagation parameter M^2 = 18. This gives approximately an order of magnitude reduction of the focal spot size in comparison to the minimal focal spot size achievable with such a beam and an ideal NA = 1 lens. These outcomes thus bode well for future diode-based configurations in material processing and 3D laser printing as well as for multiple biomedical photonics-based applications, where both high power and tight focusing is required.