Als primeur voor communicatie hebben onderzoekers in Zweden micro-optica van silicaglas in 3D geprint op de uiteinden van optische vezels – oppervlakken zo klein als de dwarsdoorsnede van een mensenhaar. De vooruitgang zou sneller internet en verbeterde connectiviteit mogelijk kunnen maken, evenals innovaties zoals kleinere sensoren en beeldvormingssystemen.
Rapportage in het journaal ACS NanoOnderzoekers van het KTH Royal Institute of Technology in Stockholm zeggen dat de integratie van optische apparaten van silicaglas met optische vezels meerdere innovaties mogelijk maakt, waaronder gevoeligere afstandssensoren voor het milieu en de gezondheidszorg.
De druktechnieken die zij rapporteren, kunnen ook waardevol blijken bij de productie van farmaceutische en chemische producten.
KTH-professor Kristinn Gylfason zegt dat de methode al lang bestaande beperkingen overwint bij het structureren van optische vezelpunten met silicaglas, waarvoor volgens hem vaak behandelingen bij hoge temperaturen nodig zijn die de integriteit van temperatuurgevoelige vezelcoatings in gevaar brengen.
In tegenstelling tot andere methoden begint het proces met een basismateriaal dat geen koolstof bevat. Dat betekent dat er geen hoge temperaturen nodig zijn om koolstof uit te drijven en de glasstructuur transparant te maken.
De hoofdauteur van het onderzoek, Lee-Lun Lai, zegt dat de onderzoekers na meerdere metingen een sensor van silicaglas hebben geprint die veerkrachtiger bleek te zijn dan een standaard op plastic gebaseerde sensor.
“We hebben een glazen brekingsindexsensor gedemonstreerd die op de vezelpunt is geïntegreerd en waarmee we de concentratie van organische oplosmiddelen kunnen meten. Deze meting is een uitdaging voor op polymeer gebaseerde sensoren vanwege de corrosiviteit van de oplosmiddelen”, zegt Lai.
“Deze structuren zijn zo klein dat er duizend van hen op het oppervlak van een zandkorrel passen, wat ongeveer zo groot is als de sensoren die tegenwoordig worden gebruikt”, zegt Po-Han Huang, co-auteur van het onderzoek.
De onderzoekers demonstreerden ook een techniek voor het printen van nanoroosters, ultrakleine patronen die op nanometerschaal op oppervlakken worden geëtst. Deze worden gebruikt om licht op precieze manieren te manipuleren en hebben potentiële toepassingen in kwantumcommunicatie.
Gylfason zegt dat de mogelijkheid om willekeurige glasstructuren rechtstreeks op de vezelpunt in 3D te printen nieuwe grenzen opent in de fotonica. “Door de kloof tussen 3D-printen en fotonica te overbruggen, zijn de implicaties van dit onderzoek verstrekkend, met mogelijke toepassingen in microfluïdische apparaten, MEMS-versnellingsmeters en vezelgeïntegreerde kwantumstralers”, zegt hij.
Meer informatie:
Lee-Lun Lai et al, 3D-printen van glazen micro-optica met subgolflengtefuncties op optische vezeltips, ACS Nano (2024). DOI: 10.1021/acsnano.3c11030.
Tijdschriftinformatie:
ACS Nano
Geleverd door KTH Royal Institute of Technology