Mil vezes menor que um grão de areia – sensores de vidro impressos em 3D em fibra óptica
Resumo gráfico. Crédito:ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.3c11030 Pela primeira vez nas comunicações, pesquisadores na Suécia imprimiram microópticas de vidro de sílica em 3D nas pontas das fibras ópticas – superfícies tão pequenas quanto a seção transversal de um fio de cabelo humano. O avanço poderá permitir uma Internet mais rápida e uma conectividade melhorada, bem como inovações como sensores mais pequenos e sistemas de imagem.
Reportagem na revista ACS Nano , pesquisadores do KTH Royal Institute of Technology em Estocolmo afirmam que a integração de dispositivos ópticos de vidro de sílica com fibras ópticas permite múltiplas inovações, incluindo sensores remotos mais sensíveis para meio ambiente e cuidados de saúde.
As técnicas de impressão relatadas também podem ser valiosas na produção de produtos farmacêuticos e químicos.
O professor da KTH, Kristinn Gylfason, diz que o método supera limitações de longa data na estruturação de pontas de fibra óptica com vidro de sílica, que, segundo ele, muitas vezes exigem tratamentos de alta temperatura que comprometem a integridade dos revestimentos de fibra sensíveis à temperatura.
Ao contrário de outros métodos, o processo começa com um material base que não contém carbono. Isso significa que não são necessárias altas temperaturas para eliminar o carbono e tornar a estrutura do vidro transparente.
O principal autor do estudo, Lee-Lun Lai, diz que os pesquisadores imprimiram um sensor de vidro de sílica que se mostrou mais resistente do que um sensor padrão de plástico após múltiplas medições.
. Impressão 3D 1.000 vezes menor que um grão de areia Imagem microscópica de uma estrutura de demonstração de vidro impressa na ponta de uma fibra óptica. Crédito:Lee-Lun Lai, e outros
Processo de impressão e exemplo de estruturas 3D em vidro sobre pontas de fibra óptica. (a) O processo de fabricação. Etapa 1:Montagem da fibra óptica monomodo em um suporte de fibra personalizado. Etapa 2:Solução HSQ lançada na ponta da fibra óptica. Etapa 3:Evaporação do solvente. Injetar um laser visível da outra extremidade da fibra para iluminar o núcleo da fibra para alinhamento. Etapa 4:Expor a camada HSQ com o laser pulsado de femtosegundo. O Modo Uniforme e o Modo Nanograting podem ser selecionados pela escolha dos parâmetros de exposição. (b) Uma estrutura de pilha de lenha impressa usando o Modo Uniforme. A inserção mostra um close da estrutura impressa:a largura lateral de cada feixe está abaixo de 400 nm. (c) Caracteres "KTH" e três blocos impressos no modo Nanograting. A inserção mostra que os três segmentos da letra "K" são feitos de Nanogratings com orientações selecionadas distintas. Crédito:Lee-Lun Lai, et al.
Imagem microscópica de estrutura de demonstração de vidro impressa na ponta de fibra óptica. Crédito:Lee-Lun Lai, et al.
“Demonstramos um sensor de índice de refração de vidro integrado na ponta da fibra que nos permitiu medir a concentração de solventes orgânicos. Essa medição é um desafio para sensores baseados em polímeros devido à corrosividade dos solventes”, diz Lai.
“Essas estruturas são tão pequenas que caberiam 1.000 delas na superfície de um grão de areia, que é aproximadamente do tamanho dos sensores usados hoje”, diz o coautor do estudo, Po-Han Huang.
Os pesquisadores também demonstraram uma técnica para imprimir nanogratings, padrões ultrapequenos gravados em superfícies em escala nanométrica. Eles são usados para manipular a luz de maneira precisa e têm aplicações potenciais na comunicação quântica.
Gylfason diz que a capacidade de imprimir estruturas de vidro arbitrárias em 3D diretamente na ponta da fibra abre novas fronteiras na fotônica. “Ao preencher a lacuna entre a impressão 3D e a fotônica, as implicações desta pesquisa são de longo alcance, com aplicações potenciais em dispositivos microfluídicos, acelerômetros MEMS e emissores quânticos integrados em fibra”, diz ele.
