Tusind gange mindre end et sandkorn – glassensorer 3D-printet på optisk fiber

Som en første for kommunikation, 3D-printede forskere i Sverige silicaglas mikrooptik på spidserne af optiske fibre - overflader så små som tværsnittet af et menneskehår. Fremskridtet kunne muliggøre hurtigere internet og forbedret forbindelse samt innovationer som mindre sensorer og billedsystemer.

Rapportering i tidsskriftet ACS Nano , siger forskere ved KTH Royal Institute of Technology i Stockholm, at integration af optiske enheder af silicaglas med optiske fibre muliggør flere innovationer, herunder mere følsomme fjernsensorer til miljø og sundhedspleje.

De trykteknikker, de rapporterer, kan også vise sig at være værdifulde i produktionen af ​​lægemidler og kemikalier.

KTH-professor Kristinn Gylfason siger, at metoden overvinder langvarige begrænsninger i at strukturere optiske fiberspidser med silicaglas, som han siger ofte kræver højtemperaturbehandlinger, der kompromitterer integriteten af ​​temperaturfølsomme fiberbelægninger.

I modsætning til andre metoder begynder processen med et grundmateriale, der ikke indeholder kulstof. Det betyder, at høje temperaturer ikke er nødvendige for at drive kulstof ud for at gøre glasstrukturen gennemsigtig.

Studiets hovedforfatter, Lee-Lun Lai, siger, at forskerne printede en silicaglassensor, der viste sig mere modstandsdygtig end en standard plastbaseret sensor efter flere målinger.

"Vi demonstrerede en glasbrydningsindekssensor integreret på fiberspidsen, som gjorde det muligt for os at måle koncentrationen af ​​organiske opløsningsmidler. Denne måling er udfordrende for polymerbaserede sensorer på grund af opløsningsmidlernes korrosivitet," siger Lai.

"Disse strukturer er så små, at du kan passe 1.000 af dem på overfladen af ​​et sandkorn, hvilket er omtrent på størrelse med sensorer, der bruges i dag," siger undersøgelsens medforfatter, Po-Han Huang.

Forskerne demonstrerede også en teknik til at printe nanogratings, ultrasmå mønstre ætset på overflader på nanometerskalaen. Disse bruges til at manipulere lys på præcise måder og har potentielle anvendelser i kvantekommunikation.

Gylfason siger, at evnen til at 3D-printe vilkårlige glasstrukturer direkte på fiberspidsen åbner nye grænser inden for fotonik. "Ved at bygge bro mellem 3D-print og fotonik er implikationerne af denne forskning vidtrækkende med potentielle anvendelser i mikrofluidiske enheder, MEMS-accelerometre og fiberintegrerede kvanteemittere," siger han.

Flere oplysninger: Lee-Lun Lai et al., 3D-printning af glasmikrooptik med subbølgelængdefunktioner på optiske fiberspidser, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.3c11030.

Journaloplysninger: ACS Nano

Leveret af KTH Royal Institute of Technology