Forskarna använde sin nya tillverkningsmetod för att skapa olika strukturer som kombinerade kalkogenid IR-glas med smält kiselglas. Dessa inkluderade en uppsättning pelare med olika dimensioner. En vit prickad rektangel i bilden ovan indikerar den minsta kiselkaviteten som används i detta arbete. Kredit:Yves Bellouard, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
Forskare har utvecklat en ny tillverkningsprocess som gör att infrarött (IR) glas kan kombineras med ett annat glas och formas till komplexa miniatyrformer. Tekniken kan användas för att skapa komplex infraröd optik som kan göra IR-avbildning och avkänning mer allmänt tillgänglig.
"Glas som sänder IR-våglängder är viktigt för många tillämpningar, inklusive spektroskopitekniker som används för att identifiera olika material och ämnen", säger forskargruppsledaren Yves Bellouard från Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) i Schweiz. "Men, infraröda glasögon är svåra att tillverka, ömtåliga och bryts lätt ned i närvaro av fukt."
I tidskriften Optics Express , beskriver forskarna sin nya teknik, som kan användas för att bädda in ömtåliga IR-glasögon i en hållbar silikamatris. Processen kan användas för att skapa praktiskt taget vilken sammankopplad 3D-form som helst med funktioner som mäter en mikron eller mindre. Den fungerar med ett brett utbud av glasögon och erbjuder ett nytt sätt att finjustera egenskaperna hos 3D-optik med subtila kombinationer av glas.
"Vår teknik kan öppna dörren till en helt ny serie nya optiska enheter eftersom den kan användas för att göra infraröda optiska kretsar och godtyckligt formad IR-mikrooptik som tidigare inte var möjliga på grund av den dåliga tillverkningsbarheten av IR-glas", säger Enrico Casamenti, tidningens första författare. "Denna optik kan till exempel användas för spektroskopi och avkänningstillämpningar eller för att skapa en IR-kamera som är tillräckligt liten för att integreras i en smartphone."
Sammanslagningsmaterial
Den nya tillverkningsprocessen växte fram ur tidigare arbete där Bellouards forskargrupp samarbetade med teamet Andreas Mortensen, också på EPFL, för att utveckla en metod för att bilda högledande metaller inuti ett isolerande 3D-kiseldioxidsubstrat.
Teamet tillverkade också EPFL-logotypen för att visa hur metoden kan användas för att göra komplexa 3D-former. Den översta bilden visar mörkfältsbelysning och den nedre visar ljusfältsbelysning. Kredit:Yves Bellouard, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
"Vårt team började leta efter innovativa sätt att uppnå bredbandsljusinneslutning i godtyckligt formade optiska 3D-kretsar", säger Bellouard. "Det var då vi bestämde oss för att undersöka möjligheten att modifiera en process som vi först visade med metall så att den kunde användas för att producera strukturer som kombinerar två typer av glas."
För det nya tillvägagångssättet börjar forskarna med att skapa ett godtyckligt format 3D-hålrum inuti ett smält kiselglassubstrat med femtosekundlaserassisterad kemisk etsning. Detta använder den pulserade strålen från en femtosekundlaser – som kan fokuseras till en punkt som är ungefär en mikrometer bred – för att ändra glasstrukturen på ett sätt som gör att de exponerade områdena kan avlägsnas med en kemikalie som fluorvätesyra.
När detta är gjort måste den lilla håligheten fyllas med ett annat material för att skapa en kompositstruktur. Forskarna åstadkom detta genom att använda en miniatyriserad version av tryckassisterad gjutning, där ett andra material smälts och trycksätts så att det kan flöda och stelna inom nätverket av utskurna kiselhålor. Det andra materialet kan vara en metall, glas eller vilket material som helst med en smältpunkt under smältpunkten för det snidade kiseldioxidsubstratet och som inte reagerar med kiseldioxidglas.
Skapa komplex optik
"Vår tillverkningsmetod kan användas för att skydda IR-glas, vilket öppnar nya vägar för mikroskaliga infraröda optiska kretsar som är helt integrerade i ett annat glassubstrat", säger Bellouard. "Också, eftersom smält kiseldioxid och kalkogenid erbjuder hög brytningsindexkontrast, kan vi forma dessa material till IR-vågledare som kan överföra ljus ungefär som optiska fibrer."
Forskarna demonstrerade den nya metoden genom att skapa olika komplexa former, inklusive en EPFL-logotyp, med användning av kalkogenid IR-glas och ett silikaglassubstrat. De visade också, med hjälp av kollegor vid ETH Zürich, att några av de strukturer de skapade effektivt kunde användas för att styra mid-IR-ljus som emitteras från en kvantkaskadlaser på 8 mikron. Få optiska komponenter är tillgängliga för detta spektralområde på grund av tillverkningsutmaningar.
De fortsätter att utforska möjligheterna med den nya processen när det gäller att kombinera olika glasögon och planerar att testa kompositdelarna i spektroskopi och andra applikationer. + Utforska vidare
