Лазерная запись поверхностных волноводов в полимерах

ОКТ232020

Ученые из университета Лаваля недавно опубликовали статью о новой технологии изготовления поверхностных фотонных устройств на полимерах с использованием фемтосекундных лазеров среднего ИК диапазона. В данной статье рассматриваются основы и новые преимущества данного метода.

Как работают оптические поверхностные волноводы?

Оптические волноводы позволяют передавать свет от точки A к точке B через направляющие структуры. Самый известный пример – это волоконная оптика, которая сейчас широко используется в телекоммуникационных сетях. Это возможно из-за явления полного внутреннего отражения, когда свет может отражаться на границе двух сред в зависимости от его угла падения и разницы между показателями преломления материалов. В оптических волокнах это означает, что световые сигналы не могут выходить из стеклянной сердцевины (высокий показатель преломления), поскольку они отражаются от полимерной оболочки (низкий показатель преломления).

Рис. 1. Распространение света внутри оптического волокна.

Другой способ создания волноводов – это локальное увеличение показателя преломления материала. Это можно сделать, воздействуя на материал лазерным излучением с высокой поглощающей способностью, что является очень быстрым, точным и воспроизводимым процессом. Как показано ниже, обработанный объем (серая полоса) имеет более высокий показатель преломления, чем необработанная поверхность (белая). При входе в серый материал свет отражается от областей с более высоким показателем преломления и затем направляется через канал. Он также будет отражаться от верхней поверхности, поскольку воздух имеет более низкий показатель преломления, чем любая область материала, поэтому его называют оптическим поверхностным волноводом.

Рис. 2. Лазерная запись поверхностного волновода.

Поверхностные волноводы могут использоваться для различных целей: мониторинг температуры или давления, идентификация веществ, уровни концентрации и т.д. Для такого измерения свет проходит через поверхностный волновод, а интенсивность измеряется на другом конце. Если показатель преломления вещества, контактирующего с внешней поверхностью волновода, изменится, то интенсивность света на принимающем конце также изменится соответствующим образом. Характеризуя взаимосвязь между показателями преломления и другими параметрами, они могут быть измерены через поверхностный волновод.

Масштабируемый и точный процесс записи на поверхностные волноводы из PMMA и поликарбоната

В ходе исследования был представлен воспроизводимый производственный процесс для недорогих специализированных датчиков или устройств в любом масштабе, что делает эту сенсорную технологию доступной для гораздо более широкой аудитории. Полимеры – дешевые биосовместимые материалы, и теперь существует способ превратить практически любой пластик в высокотехнологичное сенсорное устройство. Этот процесс требует согласования длины волны лазера и полосы поглощения материала, чтобы изменить показатель преломления на поверхности материала, не вызывая дополнительной деформации или подгорания матрицы.

В статье подтверждается «беспрецедентная чувствительность и точность» датчиков на основе PMMA и поликарбоната. «Морфология волновода позволяет удерживать свет вплоть до самой границы раздела полимера с внешней средой, и, таким образом, открывает новые возможности для улучшенного зондирования».

Лазер Femtum UltraTune 3400 зарекомендовал себя как лучший лазер для обработки полимерных биодатчиков. Благодаря перестраиваемой длине волны в диапазоне от 2.8 до 3.4 мкм производители могут создавать волноводы практически из любых полимеров с высокой скоростью.

С полным текстом статьи Вы можете ознакомиться здесь.

Подробные характеристики
Волоконного фемтосекундного лазера среднего ИК Femtum UltraTune 3400