Por primera vez, los investigadores han fabricado estructuras de guía de luz conocidas como guías de onda de poco más de un micrón de ancho en una silicona transparente comúnmente utilizada para aplicaciones biomédicas. Las guías de onda pequeñas y flexibles se pueden usar para fabricar dispositivos basados en luz como sensores biomédicosy endoscopios que son más pequeños y más complejos de lo que es posible actualmente.
"Hasta donde sabemos, estas son las guías de ondas ópticas más pequeñas jamás creadas en polidimetilsiloxano, o PDMS", dijo el miembro del equipo de investigación Ye Pu de la École Fédérale de Lausanne en Suiza. "Nuestras guías de ondas flexibles podrían integrarse en el laboratorio de microfluidossistemas en un chip para eliminar la óptica externa voluminosa necesaria para realizar análisis de sangre, por ejemplo. También pueden proporcionar luz para dispositivos portátiles como una camisa con pantalla ".
Como se informó en el diario Materiales ópticos expresos , las nuevas guías de onda ópticas no solo son más delgadas que un pedazo de polvo, sino que también exhiben una pérdida de luz muy baja cuando se usan con ciertas longitudes de onda de luz. Una señal basada en la luz puede viajar a través de las nuevas guías de onda durante 10 centímetros o más antes de unse producirá una degradación inaceptable de la señal.
Creando estructuras con luz
Los investigadores elaboraron las nuevas guías de ondas al optimizar la escritura directa con láser, un enfoque de microfabricación que crea estructuras tridimensionales detalladas mediante la polimerización de una sustancia química sensible a la luz con un láser enfocado con precisión. La polimerización convierte moléculas relativamente pequeñas llamadas monómeros en polímeros grandes en forma de cadena.
El nuevo enfoque no requiere un fotoiniciador, que generalmente se usa para absorber eficientemente la luz láser y convertirla en energía química que inicia la polimerización. "Al no usar un fotoiniciador, simplificamos el proceso de fabricación y también mejoramos la compatibilidad deldispositivo final con tejido vivo ", dijo Pu." Esta biocompatibilidad mejorada podría permitir que el enfoque se utilice para fabricar sensores y dispositivos implantables ".
Las nuevas guías de onda flexibles también podrían servir como bloques de construcción para placas de circuitos impresos fotónicos que usan señales ópticas de alta velocidad en lugar de enlaces eléctricos para transmitir datos en computadoras y otros dispositivos electrónicos.
Confinando la luz
Para lograr una pequeña guía de onda óptica que confina eficientemente la luz, debe haber una gran diferencia entre el índice de refracción del material que forma las guías de onda y el PDMS circundante. Los investigadores usaron fenilacetileno para las guías de onda porque, en comparación con los materiales utilizados tradicionalmente,tiene un índice de refracción más alto una vez polimerizado. Como beneficio adicional, también se puede cargar fácilmente en PDMS simplemente sumergiendo el PDMS en fenilacetileno líquido.
Después de sumergir el PDMS en fenilacetileno, los investigadores utilizaron pulsos láser ultrarrápidos enfocados para inducir un fenómeno óptico conocido como absorción multiphoton en el que se absorben múltiples fotones a la vez. La escritura directa con láser multiphoton produce estructuras mucho más finas que los procesos de un fotón porque el volumende polimerización en cada punto de escritura es mucho menor. El uso de la escritura directa con láser multifotón también permitió a los investigadores iniciar directamente la polimerización de fenilacetileno sin un fotoiniciador. Luego evaporaron cualquier fenilacetileno no polimerizado calentando el PDMS.
Los investigadores mostraron que este nuevo enfoque podría hacer guías de onda flexibles en PDMS que tienen solo 1.3 micras de ancho. Para la banda espectral de 650 a 700 nanómetros, solo el 0.07 por ciento de la luz transmitida a través de las guías de onda se pierde cada centímetro.Es probable que permitan la fabricación de guías de onda que sean más pequeñas que 1 micrón, según los investigadores.
un endoscopio flexible
Los investigadores ahora están trabajando para mejorar el rendimiento del proceso de fabricación mediante el desarrollo de un sistema de control que ayudaría a evitar daños materiales durante la escritura con láser. También planean crear una serie de guías de ondas estrechas en PDMS que podrían usarse para construir unendoscopio flexible con un diámetro de menos de un milímetro.
"Un endoscopio tan pequeño y flexible desde el punto de vista mecánico permitiría la obtención de imágenes de varios lugares de difícil acceso en el cuerpo para el diagnóstico en la clínica o para el monitoreo en una cirugía mínimamente invasiva", dijo Pu.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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