Pesquisadores desenvolveram um novo processo de fabricação que permite que o vidro infravermelho (IR) seja combinado com outro vidro e formado em formas complexas em miniatura. A técnica pode ser usada para criar óptica infravermelha complexa que pode tornar a imagem e a detecção de infravermelho mais amplamente acessíveis.
"O vidro que transmite comprimentos de onda IR é essencial para muitas aplicações, incluindo técnicas de espectroscopia usadas para identificar vários materiais e substâncias", disse o líder da equipe de pesquisa Yves Bellouard da Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) na Suíça. "No entanto, os óculos infravermelhos são difíceis de fabricar, frágeis e se degradam facilmente na presença de umidade."

Na revista Optics Express , os pesquisadores descrevem sua nova técnica, que pode ser usada para incorporar vidros infravermelhos frágeis dentro de uma matriz de sílica durável. O processo pode ser usado para criar praticamente qualquer forma 3D interconectada com recursos medindo um mícron ou menos. Ele funciona com uma ampla variedade de vidros, oferecendo uma nova maneira de ajustar as propriedades da ótica 3D com combinações sutis de vidro.

"Nossa técnica pode abrir a porta para uma nova gama de novos dispositivos ópticos, porque pode ser usada para fazer circuitos ópticos infravermelhos e micro-ópticas IR de formato arbitrário que antes não eram possíveis devido à baixa capacidade de fabricação do vidro IR", disse Enrico. Casamenti, primeiro autor do artigo. “Essas óticas podem ser usadas, por exemplo, para espectroscopia e aplicações de detecção ou para criar uma câmera IR pequena o suficiente para integrar em um smartphone”.

Mesclando materiais

O novo processo de fabricação surgiu de trabalhos anteriores em que a equipe de pesquisa de Bellouard colaborou com a equipe de Andreas Mortensen, também da EPFL, para desenvolver um método para formar metais altamente condutores dentro de um substrato isolante de sílica 3D.

"Nossa equipe começou a buscar maneiras inovadoras de obter o confinamento de luz de banda larga em circuitos ópticos 3D de formato arbitrário", disse Bellouard. "Foi quando decidimos explorar a possibilidade de modificar um processo que demonstramos pela primeira vez usando metal para que pudesse ser usado para produzir estruturas que combinam dois tipos de vidro."

Para a nova abordagem, os pesquisadores começam criando uma cavidade 3D de formato arbitrário dentro de um substrato de vidro de sílica fundida usando gravação química assistida por laser de femtosegundo. Isso usa o feixe pulsado de um laser de femtossegundo – que pode ser focado em um ponto de aproximadamente um micrômetro de largura – para alterar a estrutura do vidro de uma maneira que permita que as áreas expostas sejam removidas com um produto químico como o ácido fluorídrico.

Feito isso, a pequena cavidade deve ser preenchida com outro material para criar uma estrutura composta. Os pesquisadores conseguiram isso usando uma versão miniaturizada de fundição assistida por pressão, na qual um segundo material é derretido e pressurizado para que possa fluir e solidificar dentro da rede de cavidades de sílica esculpidas. O segundo material pode ser um metal, vidro ou qualquer material com ponto de fusão inferior ao do substrato de sílica esculpida e que não reage com o vidro de sílica.

Criando ópticas complexas

"Nosso método de fabricação pode ser usado para proteger o vidro IR, abrindo novos caminhos para circuitos ópticos infravermelhos em microescala que são totalmente integrados em outro substrato de vidro", disse Bellouard. “Além disso, como a sílica fundida e o calcogenídeo oferecem alto contraste de índice de refração, podemos formar esses materiais em guias de onda IR que podem transmitir luz de maneira muito semelhante às fibras ópticas”.

Os pesquisadores demonstraram o novo método criando várias formas complexas, incluindo um logotipo da EPFL, usando vidro infravermelho de calcogeneto e um substrato de vidro de sílica. Eles também mostraram, com a ajuda de colegas da ETH Zurich, que algumas das estruturas que eles criaram poderiam efetivamente ser usadas para guiar a luz infravermelha emitida por um laser em cascata quântica de 8 mícrons. Poucos componentes ópticos estão disponíveis para essa faixa espectral devido aos desafios de fabricação.

Eles continuam a explorar as capacidades do novo processo em termos de combinação de diferentes vidros e planejam testar as peças compostas em espectroscopia e outras aplicações. + Explorar mais

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