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研究者は柔軟で伸縮性のあるフォトニックデバイスを開発する

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研究者は柔軟で伸縮性のあるフォトニックデバイスを開発する

2016-11-24

juejun huと彼のチームが作り出した新しい素材は、光学的性質を失うことなく繰り返して伸ばすことができます。クレジット:マサチューセッツ工科大学


mitおよび他のいくつかの研究機関の研究者は、光デバイスを、電子デバイスに類似しているが、電気ではなく光に基づいて製造する方法を開発した。このデバイスは、コンピュータデバイスを接続するためのケーブルや、皮膚に付着したり、体内に埋め込まれたり、自然の組織で容易に屈曲する診断および監視システムに使用することができます。


カルコゲナイドと呼ばれる特殊な種類のガラスの使用を含む発見は、ミツ・アソシエイトの教授ジュエジュン・フーとmit、ダブリン、セントラル・フロリダ大学、中国とフランスの大学の2つの論文に記載されています。この論文はすぐに公開される予定です:科学とアプリケーション。


hu、誰がマートンですか?多くの人々が、光信号を直接感知できる皮膚に取り付けられたモニタリング装置などのアプリケーションでは、伸びたり曲がったりすることができる光学技術の可能性に興味を持っているという。このような装置は、例えば、心拍数、血中酸素レベル、さらには血圧を同時に検出することができる。


フォトニックデバイスは、電子マイクロチップを製造するために使用されるのと同じ種類のプロセスで製造されたLED、レンズ、およびミラーのシステムを使用して、光ビームを直接処理する。電子の流れではなく光線を使用することは、多くの用途に利点を有することができる。たとえば元のデータが光ベースである場合、光学的処理は変換プロセスの必要性を回避する。


ほとんどの現在のフォトニクスデバイスは、硬質基板上の剛性材料から製造されているため、「人間の皮膚のように柔らかくなければならない」アプリケーションには「固有のミスマッチ」がありますが、ほとんどのポリマーを含むほとんどの軟質材料は、屈折率は、光線を閉じ込める能力に乏しい。


そのようなフレキシブルな材料を使用する代わりに、huと彼のチームは新しいアプローチをとった。硬い材料(この場合はカルコゲナイドと呼ばれるタイプのガラスの薄い層)をばね状のコイルに形成した。このガラスコイルの構造により、望ましい光学特性を維持しながら自由に伸縮して曲げることができるようになる。


新しい材料をテストするために使用されたラボのセットアップのビューで、光線を閉じ込める能力を失うことなく引き伸ばして曲げることができ、フォトニック処理を実行できることを実証しました。クレジット:マサチューセッツ工科大学


「ゴムと同じように柔軟性があり、曲がり伸びが可能で、高い屈折率を持ち、非常に透明です。ポリマー基材上に直接作製されたそのようなばね様の形状は、光学性能の検出可能な分解を伴わずに何千もの伸張サイクルを受けることができることが試験によって示されている。このチームは柔軟性のあるバネ様導波路によって相互接続されたさまざまなフォトニックコンポーネントを製造しました。エポキシ樹脂マトリックスはすべて光学部品の近くでより剛性が高く、導波路の周りではより柔軟になりました。


他の種類の伸縮性フォトニクスは、ポリマー基材中により剛性の高い材料のナノロッドを埋め込むことによって作られてきたが、余分な製造工程を必要とし、既存のフォトニックシステムと互換性がないという。


このような柔軟で伸縮性のある光回路は、ひずみゲージなどの他の材料の不均一な表面にデバイスが適合する必要がある用途にも有用である。光学技術はひずみに非常に敏感であり、1%の1%未満の変形を検出することができます。


この研究はまだ初期段階にある。 huのチームはこれまで一度に1つのデバイスしかデモンストレーションしていません。 「それが有用であるためには、単一のデバイスに統合されたすべてのコンポーネントを実証する必要があります。それが商業的に適用されるように技術を開発する作業が進行中であり、2〜3年かかると言われています。


先週のNature Photonicsに掲載された別の論文では、huと彼の共同研究者は、カルコゲナイドガラスとグラフェンなどの二次元材料からなるフォトニクスの層を従来の半導体フォトニック回路と統合する新しい方法を開発しました。このような材料を統合するための既存の方法は、それらを一方の表面上に作製し、次いで剥離して半導体ウェハに転写する必要があり、プロセスにかなりの複雑性を加える。代わりに、新しいプロセスにより、室温で半導体表面上に直接層を製作することができ、製造が簡単になり、より正確な位置合わせが可能になります。


このプロセスは、カルコゲナイド材料を「パッシベーション層」として使用して、周囲の湿気によって引き起こされる劣化から2-d材料を保護し、2-d材料の光電子特性を制御する方法として使用することもできる。この方法は一般的なものであり、グラフェン以外の他の新興2次元材料にまで拡張され、光回路との集積を拡大し、迅速化する可能性があると博士は述べている。


ソース:phys


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