Laserové světlo z mikroceltů

Vývoj vysoce výkonných rezonátorů byl úspěšný

Záznam mikrosachetního rezonátoru skenovacím elektronovým mikroskopem. © Ústav aplikované fyziky, AG Kalt
číst nahlas

Vědcům se podařilo vytvořit nový projev optických rezonátorů: mikročipy. Tyto polymerní struktury jsou obzvláště účinnými zdroji laserového světla díky svému tvaru a hladkému povrchu. Kromě toho mají potenciál detekovat nejmenší biomolekuly, viry nebo nebezpečné látky.

Optické mikrorezonátory umožňují inkluzi a skladování světla v prostoru, jehož velikost je menší než průměr vlasů. S jejich pomocí lze zkoumat základní fyzikální jevy v oblasti optiky a kvantové fyziky.

Optické šeptající galerie

Světelné omezení v mikrorezonátorech je založeno na jednoduchém principu úplného odrazu. Světlo se odráží zpět na povrchu rezonátoru a tím je zachyceno uvnitř rezonátoru. Světelné paprsky probíhají podél okraje rezonátorů a jsou zde uloženy po dlouhou dobu, což vede k vysoké optické kvalitě - zde se mluví o optických šeptajících galeriích. Princip je podobný zvukovým vlnám, které probíhají po obvodu kupole katedrály sv. Pavla v Londýně.

Mikrorezonátory v kalichu

Spolu s týmem profesora Heinze Kalta, Ústavu pro aplikovanou fyziku (APH) v Centru funkčních nanostruktur (CFN) a Nezávislé výzkumné skupiny pro mladé vedené Timo Mappesem, Institutem pro mikrostrukturní technologii (IMT), se podařilo vytvořit nové mikrorezonátory ve tvaru pohárku. Toho bylo dosaženo na Technologickém institutu v Karlsruhe (KIT) pomocí speciálně vyvinutého procesu termické fúze.

Mikrokupice jsou vyrobeny z polymeru a mají průměr 40 mikronů - přibližně jednu třetinu průměru vlasů. Mají extrémně hladký povrch a jsou proto nesmírně silné. zobrazit

Schéma systému laboratoř na čipu s mikročipovým laserem čerpaným opticky zeleným laserem (vlevo); Mikrodutinový rezonátor jako detektor biomolekul (vpravo). © Ústav technologie mikrostruktury, YIG Mappes

Laserové světelné zdroje nebo detektory

Podle vědců jsou v zásadě možné dvě aplikace. Mikrotrhliny mohou být použity jako nové laserové světelné zdroje nebo jako extrémně citlivé detektory pro detekci biomolekul nebo nebezpečných látek bez přítomnosti markerů.

Detekce bez markerů je zvláště výhodná, protože nevyžaduje žádnou komplexní chemickou nebo biologickou přípravu vzorků - jinými slovy, nejsou připojena žádná další označení, jako jsou fluorescenční proteiny nebo nanočástice -, a proto levnější a rychlejší než mnoho zavedených postupů je.

Světelný zdroj a detektor na čipu?

Cílem vědců je nyní integrovat světelný zdroj a detektor do velmi kompaktní formy na čipu, aby se vytvořily budoucí aplikace takzvaného systému laboratoř na čipu. Vysoká kvalita rezonátoru má další rozhodující výhodu: „Můžeme pracovat s laserem s nízkým vstupem energie, což činí použití mikročipových laserů v součástkách velmi atraktivní, “ vysvětluje fyzik. Tobias Gro mann, zaměstnanec obou pracovních skupin v KIT.

Pro zesílení světla vědci začleňují organická barviva do polymerních pohárů. Úpravou koncentrace barviva se mohou emisní vlnové délky laseru cíleně upravit a tím i jejich barva.

Mikrodutinové rezonátory s obrovským potenciálem

Potenciál vyvinutých mikrodutinových rezonátorů v budoucích průmyslových aplikacích je obrovský. Kromě vysoce citlivé detekce molekul bez označení je myslitelné použití rezonátorů jako filtru v optickém přenosu dat nebo jako zdroj pro generování neklasického světla - základ pro budoucí kvantové počítače.

Vědci z KIT vyráběli mikročipy pomocí metod hromadné výroby z polovodičového průmyslu. Ve střednědobém horizontu je tedy možný přenos technologie do sériové výroby.

(idw - Tisková zpráva Institut Karlsruhe, 24.08.2010 - DLO)