工程师开发灵活且可拉伸的光子器件 2017-06-16 07:05:09

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麻省理工学院的工程师开发出一种新材料,可以反复拉伸和弯曲而不会失去其光学特性麻省理工学院和其他几家机构的研究人员开发出一种制造光子器件的方法 - 类似于电子器件,但基于光而不是电 - 可以弯曲和拉伸没有损坏设备可以用于连接计算设备的电缆,或者可以连接到皮肤或植入体内的诊断和监测系统,可以很容易地与天然组织一起弯曲这些发现涉及到使用麻省理工学院副教授Juejun Hu和麻省理工学院,中佛罗里达大学以及中国和法国大学的十几人在两篇论文中描述了一种名为硫属元素化物的特殊玻璃

该论文即将发表于Light:科学与应用胡,他是Merton C Flemings材料科学与工程副教授,他说许多人对光学技术可以拉伸和弯曲的可能性感兴趣,特别是对于可以直接检测光学信号的皮肤监测设备等应用,例如,这些设备可以同时检测心率,血氧水平,甚至血压光子学装置直接处理光束,使用LED,透镜和镜子系统,用与制造电子微芯片相同的工艺制造

使用光束而不是电子流可以在许多应用中具有优势;如果原始数据是基于光的,例如,光学处理避免了转换过程的需要,但大多数现有的光子器件都是用刚性基板上的刚性材料制造的,Hu说,因此对于那些应用具有“固有的不匹配”

应该像人体皮肤一样柔软“但是大多数柔软的材料,包括大多数聚合物,都具有低折射率,这导致限制光束的能力差

用于测试新材料的实验室装置的视图,证明了他们可以拉伸和弯曲而不会失去限制光束和进行光子处理的能力

研究人员的礼貌而不是使用这种柔性材料,胡和他的团队采用了一种新颖的方法:他们形成了坚硬的材料 - 在这种情况下是薄的一种称为硫属元素化物的玻璃层 - 形成弹簧状线圈正如钢材可以在形成弹簧时可以拉伸和弯曲一样,这种玻璃线圈的结构允许它可以自由伸展和弯曲,同时保持其理想的光学性能“你最终会得到像橡胶一样柔韧的东西,它可以弯曲和拉伸,并且仍然具有高折射率并且非常透明,”Hu说测试表明这样的弹簧直接在聚合物基板上制造的类似配置可经历数千次拉伸循环,其光学性能无可检测性降低该团队生产各种光子元件,通过柔性弹簧状波导相互连接,全部采用环氧树脂基体在光学元件附近变得更硬,在波导周围更加柔韧

其他类型的可拉伸光子学是通过在聚合物基体中嵌入更硬材料的纳米棒制成的,但这些需要额外的制造步骤并且与现有的光子系统不兼容,胡说,这种灵活的,可拉伸的光子电路也可用于设备需要符合的应用一些其他材料的不平整表面,例如在应变计中,光学技术对应变非常敏感,据Hu说,它可以检测到不到百分之一的变形

这项研究仍处于早期阶段;到目前为止,Hu的团队一次只展示了单个设备“为了使它有用,我们必须展示集成在一个设备上的所有组件,”他说,Work正在开发技术,以便它可以商业应用,胡说可能需要两到三年在上周发表在Nature Photonics上的另一篇论文中,胡和他的合作者也开发了一种新的方法来整合由硫属化物玻璃和二维材料制成的光子层

石墨烯,具有传统的半导体光子电路 用于集成这些材料的现有方法要求它们在一个表面上制造然后剥离并转移到半导体晶片上,这给工艺增加了相当大的复杂性

相反,新工艺允许这些层直接在半导体表面上制造,在室温,允许简化制造和更精确对准该工艺还可以利用硫属化物材料作为“钝化层”,以保护二维材料免受环境湿气引起的降解,并作为控制光电特性的一种方法二维材料这种方法是通用的,可以扩展到除石墨烯之外的其他新兴二维材料,以扩展和加速它们与光子电路的集成,胡说,研究团队还包括麻省理工学院教授Jing Kong,麻省理工学院博士后李岚和林洪涛,以及其他在德克萨斯大学,厦门大学和中国重庆大学,法国巴黎南部大学ce,英国南安普敦大学和中佛罗里达大学这项工作得到了美国国家科学基金会的支持,并利用麻省理工学院微系统技术实验室出版物:来源:David L Chandler,麻省理工学院新闻