Som en första för kommunikation 3D-printade forskare i Sverige kiselglasmikrooptik på spetsarna av optiska fibrer – ytor så små som tvärsnittet av ett människohår. Framsteg kan möjliggöra snabbare internet och förbättrad anslutning, såväl som innovationer som mindre sensorer och bildsystem.
Rapportering i tidskriften ACS Nano , säger forskare vid Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm att integration av optiska kiselglasenheter med optiska fibrer möjliggör flera innovationer, inklusive känsligare fjärrsensorer för miljö och hälsovård.
De trycktekniker som de rapporterar kan också visa sig vara värdefulla vid produktion av läkemedel och kemikalier.
KTH-professor Kristinn Gylfason säger att metoden övervinner långvariga begränsningar när det gäller att strukturera optiska fiberspetsar med kiselglas, som han säger ofta kräver högtemperaturbehandlingar som äventyrar integriteten hos temperaturkänsliga fiberbeläggningar.
Till skillnad från andra metoder börjar processen med ett basmaterial som inte innehåller kol. Det betyder att höga temperaturer inte behövs för att driva ut kol för att göra glasstrukturen transparent.
Studiens huvudförfattare, Lee-Lun Lai, säger att forskarna tryckte en kiselglassensor som visade sig mer motståndskraftig än en vanlig plastbaserad sensor efter flera mätningar.
"Vi demonstrerade en glasbrytningsindexsensor integrerad på fiberspetsen som gjorde det möjligt för oss att mäta koncentrationen av organiska lösningsmedel. Denna mätning är utmanande för polymerbaserade sensorer på grund av lösningsmedlens korrosivitet", säger Lai.
"De här strukturerna är så små att du kan passa 1 000 av dem på ytan av ett sandkorn, vilket är ungefär lika stort som sensorer som används idag", säger studiens medförfattare, Po-Han Huang.
Forskarna visade också en teknik för att skriva ut nanogratings, ultrasmå mönster etsade på ytor i nanometerskala. Dessa används för att manipulera ljus på exakta sätt och har potentiella tillämpningar inom kvantkommunikation.
Gylfason säger att möjligheten att 3D-printa godtyckliga glasstrukturer direkt på fiberspets öppnar nya gränser inom fotonik. "Genom att överbrygga klyftan mellan 3D-utskrift och fotonik blir konsekvenserna av denna forskning långtgående, med potentiella tillämpningar i mikrofluidenheter, MEMS-accelerometrar och fiberintegrerade kvantemitter", säger han.
Mer information: Lee-Lun Lai et al, 3D-utskrift av glasmikrooptik med subvåglängdsfunktioner på optiska fiberspetsar, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.3c11030.
Journalinformation: ACS Nano
Tillhandahålls av Kungliga Tekniska Högskolan
