На кончиках оптоволокон напечатали стеклянные структуры в тысячу раз меньше песчинки

Исследователи из Швеции создали на 3D-принтере микрооптику из кварцевого стекла. Достижение состоит в том, что впервые такие объекты напечатали на площади меньше толщины человеческого волоса.


Специалисты из Королевского технологического института в Стокгольме (KTH) утверждают, что сочетание оптических устройств из силикатного (то есть обычного) стекла с оптоволокном позволяет внедрять множество инноваций. Например, более чувствительные датчики для контроля окружающей среды и здравоохранения. Созданная технология печати также была бы полезна при производстве лекарств и химикатов.

Профессор KTH Кристинн Гильфасон отмечает, что новый метод преодолевает давние трудности с приданием нужной формы концам оптических волокон из стекла. При обработке по старинке часто применяли высокотемпературные методы, которые нарушали целостность чувствительных к перегреву материалов.

Ведущий автор исследования Ли-Лунь Лай заметил, что исследователи напечатали сенсор из стекла, который после многократного использования оказался более долговечным, чем обычный датчик на основе пластика.

Лай рассказал, что они с коллегами создали и испытали датчик преломления, посаженный на конечный срез оптоволокна. Крошечное изделие позволило им измерить концентрацию органических растворителей. Такие замеры — сложная задача для сенсоров на полимерной основе, которые могут пострадать от агрессивной для них среды.

Соавтор исследования По-Хан Хуанг объяснил, что напечатанные учёными структуры настолько малы, что уместились бы в количестве 1000 штук на поверхности кварцевой песчинки. Кстати, из таких песчинок, по сути, и делают соответствующее стеклянное сырьё.



Исследователи также продемонстрировали технику печати наноструктур в виде чрезвычайно малых изображений, похожих на гравировки. Такие узоры используются для точного управления светом и представляют интерес для технологий квантовой связи.

Гильфасон утверждает, что возможность 3D-печати произвольных стеклянных конструкций непосредственно на концах оптоволокон открывает новые рубежи в фотонике. К слову, это аналог электроники, где вместо электронов используют кванты электромагнитного поля, то есть фотоны. Благодаря преодолению разрыва между 3D-печатью и фотоникой результаты исследования могут иметь серьезные перспективы. В качестве примера возможного применения ученый приводит микрофлюидные устройства, MEMS-акселерометры и квантовые излучатели (источники электромагнитного излучения), интегрированные в оптоволокно.

Поясним, что в микрофлюидных чипах по узким каналам движутся капельки жидкости. Такие устройства уже применяют, например, в медицине, фармацевтике, химической промышленности и других областях.

MEMS (МЭМС) означает «микроэлектромеханические системы», то есть устройства, объединяющие в себе микроэлектронные и микромеханические компоненты. Миниатюрные акселерометры, измеряющие ускорение, необходимы, скажем, для разворота картинки на экране смартфона или активации фитнес-браслета при повороте запястья. И это лишь малая толика электроники, где могут быть востребованы MEMS-приборы.