Наиболее распространенным материалом, используемым сегодня для изготовления устройств типа «лаборатория на кристалле», является силикон-полидиметилсилоксан (ПДМС) из-за его оптических, механических и химических свойств, его низкой стоимости и легкости, с которой его можно структурировать в микромасштабе. . По мере того, как эти устройства становятся все более распространенными и сложными, возникает потребность в менее дорогостоящих способах включения оптических компонентов, полностью основанных на PDMS, таких как волноводы для направления света на кристалл и внутри него.«Наш новый метод совместим с разработкой платформ« лаборатория на кристалле », где интегрированные оптические волноводы могут быть отличным инструментом для световой диагностики или приложений мониторинга», — сказал Матье Отфей из Национального автономного университета Мексики, соавтор книги бумага.
В журнале Optical Materials Express от The Optical Society (OSA) исследователи описывают свой простой и недорогой метод изготовления волноводов PDMS, которые можно легко интегрировать в устройство «лаборатория на кристалле», сделанное из того же материала. Они используют свой новый подход для изготовления светоделителя PDMS, который разделяет выходной сигнал лазера на два луча.«Насколько нам известно, это первый раз, когда маломощное лазерное травление было использовано для микроструктуры полимеров для изготовления оптических волноводов», — сказал Отфёй. «Это исследование показывает, что очень недорогая лазерная платформа, в нашем случае основанная на устройстве CD / DVD, может конкурировать с мощными лазерами для таких приложений».Исследователи говорят, что их новая технология изготовления может быть полезна для других приложений, в том числе требующих точного микроструктурирования, и что ее можно использовать для травления других полимерных материалов в дополнение к PDMS.
Маломощное травление прозрачного материалаЧтобы сделать волноводы PDMS, исследователи начали с создания формы. Они использовали сильно сфокусированный лазерный луч записывающего устройства CD / DVD, которое у них было под рукой, чтобы протравить прозрачный лист акрила.
Поскольку маломощные лазерные источники, подобные тем, что используются в записывающих устройствах CD / DVD, обычно не поглощаются прозрачными материалами, исследователи покрыли акрил высокопоглощающим наноуглеродом. Это создавало точечные участки с интенсивным нагревом, которые можно было использовать для травления материала с микромасштабным разрешением.Затем исследователи создали PDMS с двумя разными показателями преломления, тщательно изменив условия смешивания и отверждения материала. Они заполнили протравленную микромолду ПДМС с одним показателем преломления, отвердили материал, а затем поместили сверху слой ПДМС с другим показателем преломления.
После еще одного этапа отверждения исследователи извлекли PDMS из формы, перевернули и добавили еще один слой PDMS, чтобы создать волновод, полностью встроенный в две плиты PDMS.Чтобы проверить воспроизводимость рецепта смешивания и отверждения, используемого для управления оптическими свойствами PDMS, исследователи несколько раз измерили показатель преломления изготовленных ими слоев PDMS.
Они также показали, что оптические потери волноводов, изготовленных с помощью этой технологии, соответствуют заявленным для более сложных технологий изготовления.«Помимо низкой стоимости, наша технология позволяет быстро создавать прототипы волноводов, которые позволяют интегрировать световые возможности, такие как интерферометрические устройства, в устройства« лаборатория на кристалле », — сказал Хотфей. «С помощью нашего метода также можно изготавливать длинные волноводы, что может быть большим преимуществом для устройств типа« лаборатория на кристалле »».Изготовление светоделителя PDMSИспользуя новый подход, исследователи изготовили 8-миллиметровый Y-образный светоделитель.
Помимо демонстрации того, что светоделитель разделяет лазерный луч на два выходных плеча, исследователи также показали, что свет можно переключать между каждым плечом, изменяя положение и угол оптического волокна, доставляющего свет.В настоящее время исследователи работают над тем, чтобы продемонстрировать, что их метод может быть использован для изготовления более сложных интегрированных оптических устройств, таких как интерферометр, который может служить платформой, полностью основанной на PDMS, для приложений зондирования.
Успех команды в этом подходе вдохнул новую жизнь в старые технологии, показывая, что высокая точность не всегда требует дорогостоящего передового оборудования. «Наше исследование показывает, что для травления прозрачных полимеров и пластиков с микронным разрешением не обязательно использовать лазеры с короткими импульсами», — сказал Отфёй. «Использование переработанного CD / DVD устройства также показывает, что вы можете увеличить время использования оборудования, которое может начать выглядеть устаревшим».