Los investigadores han desarrollado un nuevo tipo de dispositivo optomecánico que utiliza un disco de silicio microscópico para confinar las ondas ópticas y mecánicas. El nuevo dispositivo es altamente personalizable y compatible con los procesos de fabricación comerciales, lo que lo convierte en una solución práctica para mejorar los sensores que detectan la fuerza y el movimiento.
Los dispositivos optomecánicos usan la luz para detectar el movimiento. Se pueden usar como bloques de construcción eficientes y de baja potencia para los acelerómetros que detectan la orientación y el movimiento de un teléfono inteligente o que activan la bolsa de aire de un automóvil para desplegarse en segundos después de un accidente.están trabajando para hacer que estos dispositivos sean más pequeños e incluso más sensibles al movimiento, las fuerzas y las vibraciones.
La identificación de los movimientos más pequeños requiere niveles extremadamente altos de interacción o acoplamiento entre las ondas de luz, que se utilizan para la detección, y las ondas mecánicas que están vinculadas al movimiento. En la revista The Optical Society Óptica Express , investigadores de la Universidad de Campinas, Brasil, informan que su nuevo diseño de disco de diana alcanza tasas de acoplamiento que coinciden con las de los mejores dispositivos optomecánicos basados en laboratorio reportados.
Si bien la mayoría de los dispositivos optomecánicos de última generación se fabrican con equipos que no están ampliamente disponibles, el nuevo dispositivo de disco de diana se fabricó en una fundición comercial estándar con los mismos procesos utilizados para fabricar semiconductores complementarios de óxido de metal CMOS como los que se usan en la mayoría de las cámaras digitales.
"Debido a que el dispositivo se fabricó en una fundición comercial CMOS, cualquier grupo en el mundo podría reproducirlo", dijo Thiago P. Mayer Alegre, líder del grupo de investigación. "Si se fabricaran miles, todos actuarían de la misma manerade esta manera porque los hicimos resistentes a los procesos de fabricación de la fundición. También es mucho más barato y más rápido fabricar este tipo de dispositivos en una fundición CMOS en lugar de utilizar técnicas de fabricación internas especializadas ".
uniendo luz y movimiento juntos
La mayoría de los dispositivos optomecánicos usan el mismo mecanismo para confinar las ondas de luz y mecánica dentro de un material, donde las ondas pueden interactuar. Sin embargo, este enfoque puede limitar el rendimiento de los dispositivos optomecánicos porque solo ciertos materiales funcionan bien para confinar tanto la luz como la mecánicamovimiento.
"Una vez que desacoplas las reglas de confinamiento para la luz y la mecánica, puedes usar cualquier tipo de material", dijo Alegre. "También permite personalizar de forma independiente el dispositivo para que funcione con ciertas frecuencias de luz o frecuencias de ondas mecánicas."
Los investigadores crearon un disco de silicio de 24 micras de ancho que confina la luz y las ondas mecánicas usando mecanismos separados. La luz está confinada con una reflexión interna total, lo que hace que la luz rebote en el borde del disco y viaje alrededor de la porción externa enun anillo circular. Los investigadores agregaron surcos circulares al disco, dándole la apariencia de una diana, para localizar el movimiento mecánico en el anillo exterior, donde puede interactuar con la luz. El disco está soportado por un pedestal central que permite el discopara mover.
"Las ranuras radiales se han utilizado para confinar ondas de luz en otros dispositivos, pero tomamos esta idea y la aplicamos a las ondas mecánicas", dijo Alegre. "Nuestro dispositivo optomecánico es el primero en utilizar ranuras radiales para acoplar ondas mecánicas y ópticas"."
La versatilidad del diseño del disco de tiro al blanco significa que podría usarse para algo más que detectar el movimiento. Por ejemplo, hacer que el disco fuera de un material láser podría crear un láser con pulsos o niveles de potencia controlados por el movimiento. El dispositivo también podríaser usado para hacer un modulador óptico de muy baja y alta frecuencia para aplicaciones de telecomunicaciones.
Los investigadores ahora están trabajando para refinar aún más el diseño de su dispositivo para que funcione aún mejor con los procesos de fabricación de fundición CMOS. Esto debería disminuir la cantidad de luz que pierde el disco y, por lo tanto, mejorar el rendimiento general. También quieren que el dispositivo sea inclusomás práctico al combinar el disco optomecánico con una guía de onda óptica integrada que traería luz hacia y desde el dispositivo, todo en un solo paquete.
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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