Na área de nano-fotônica, pela primeira vez, os cientistas conseguiram integrar um laser com um meio de ganho orgânico em um chip fotônico de silício. Essa abordagem tem um potencial enorme para biossensores de baixo custo que podem ser usados ​​para diagnóstico próximo ao paciente uma vez e sem qualquer gasto com esterilização semelhante às tiras de hoje para medir o açúcar no sangue. Os pesquisadores agora apresentam o novo laser em Nature Communications .

Esta é a primeira vez que lasers orgânicos foram integrados em um único chip fotônico de silício, Christian Koos, pesquisador do Instituto de Fotônica e Eletrônica Quântica do KIT (IPQ) e do Instituto de Tecnologia de Microestrutura (IMT), relatórios. “A principal vantagem dos lasers consiste no fato de a produção em grandes séries estar associada a baixos custos. No longo prazo, fabricar a um preço de alguns centavos por laser pode ser viável. "

Um dos maiores desafios associados à fabricação de microchips ópticos consiste em integrar vários componentes diferentes em um substrato a baixo custo. Há alguns anos, foi possível produzir componentes ópticos de silício. Essa chamada fotônica de silício usa processos de fabricação nanotecnológica altamente desenvolvidos de microeletrônica e permite a produção barata de um grande número de componentes fotônicos de alto desempenho. Esses componentes de frações de um micrômetro de tamanho podem contribuir para tornar a tecnologia da informação mais eficiente em termos de energia e são altamente adequados para biossensores compactos.

O problema de integração de fontes de luz no chip, Contudo, ainda permaneceu sem solução, já que o semicondutor de silício dificilmente é adequado como emissor de luz devido à sua estrutura eletrônica. Durante a transferência de elétrons entre estados energeticamente diferentes, a energia é preferencialmente liberada na forma de calor ao invés de luz.

Os pesquisadores do KIT desenvolveram agora uma nova classe de lasers na faixa do infravermelho. Para este propósito, eles combinam nano guias de onda de silício com um polímero dopado com um corante orgânico. A energia para operar este laser "orgânico" é fornecida de cima, verticalmente para a superfície do chip, por uma fonte de luz pulsada. A luz laser produzida é diretamente acoplada a um nano guia de ondas de silício. Os pesquisadores conseguiram gerar radiação laser pulsada com comprimento de onda de 1310 nm e potência de pico de mais de 1 Watt em um chip. Os novos lasers infravermelhos são apresentados no Nature Communications Diário. Com o uso de vários corantes e ressonadores a laser, o comprimento de onda da radiação laser pode ser variado em uma ampla faixa.

Os componentes podem ser usados, entre outros, para biossensores com uma variedade de fontes de luz laser integradas e comprimentos de onda adaptados à aplicação especial. Esses sensores podem ser usados ​​para medir substâncias clinicamente relevantes. Para evitar contaminação, é vantajoso produzir esses chips com custos mínimos e usá-los apenas uma vez. Desta maneira, os sensores podem ser aplicados diretamente no paciente ou em consultórios médicos (diagnóstico no local de atendimento).