工程师开发灵活且可伸缩的光子器件

时间：2021-07-15 11:52:04 来源：

麻省理工学院的工程师开发了一种新材料，可以重复拉伸和弯曲而不会丢失其光学性质。

MIT和其他几家机构的研究人员已经开发了一种制作光子器件的方法 - 类似于电子设备，但基于光而不是电力 - 可以弯曲和伸展而不会损坏。这些设备可以在电缆中找到用于连接计算设备，或者在可以连接到皮肤或植入体内的诊断和监测系统中，容易弯曲自然组织。

涉及使用叫做硫属元素的专业玻璃的调查结果，由MIT副教授Juejun Hu的两篇论文描述了MIT，MIT，佛罗里达州中部大学和中国和法国大学的十几篇。纸张在光线中发布出版：科学与应用。

Hu是默顿C.弗别林斯材料科学与工程学副教授，许多人对可以伸展和弯曲的光学技术的可能性感兴趣，特别是对于可以直接感测光学的皮肤安装监控设备等应用信号。例如，这种装置可以同时检测心率，血氧水平，甚至血压。

光子仪装置直接处理光束，使用带有相同类型的工艺制造的LED，镜头和镜子的系统，用于制造电子微芯片。使用光束而不是电子流量可以具有许多应用的优点;例如，如果原始数据是基于光的，例如，光学处理避免了对转换过程的需要。

Hu说，大多数电流光子装置由刚性基板上的刚性材料制成，因此为“应该是柔软的人体皮肤”的应用，具有“固有的错配”。但大多数柔软材料，包括大多数聚合物，具有低折射率，这导致限制光束的差。

用于测试新材料的实验室设置的视图，证明它们可以拉伸和弯曲，而不会失去限制光束的能力并进行光子处理。由研究人员礼貌

胡锦赛而不是使用这种柔性材料，而不是使用这种柔性材料，采取了一种新的方法：它们形成了僵硬的材料 - 在这种情况下，薄层一种含氯化物的玻璃 - 进入弹簧状线圈。正如钢可以在形成在弹簧时伸展和弯曲一样，该玻璃卷的结构允许其在保持其所需的光学性质的同时自由拉伸和弯曲。

“你最终会像橡胶一样灵活，可以弯曲和伸展，仍然具有高折射率并且非常透明，”胡说。测试已经表明，直接在聚合物基板上直接制成的弹簧状配置，可以经历数千个拉伸循环，其光学性能下没有可检测的降解。该团队产生了各种光子元件，由柔性弹簧状波导互连，全部在环氧树脂基质中，其在光学部件附近变硬，并且在波导周围更柔韧。

胡锦涛说，通过将纤维材料的纳米棒嵌入更纤细材料的纳米棒，而是需要额外的制造步骤，并且与现有的光子系统不兼容，并且胡锦涛说。

这种柔性可伸缩的光子电路对于装置需要符合其他一些材料的不平坦表面，例如在应变仪中的应用。根据胡锦涛的说法，光学技术对菌株非常敏感，并且可以检测到百分之一百分之一的变形。

这项研究仍处于早期阶段; HU的团队在迄今为止的时间只展示了单一设备。“对于它有用，我们必须演示集成在一个设备上的所有组件，”他说。工作正在进行，以发展技术，以便它可以商业施加，胡锦涛所说的两到三年。

在上周出版的另一篇论文中，Hu和他的合作者还开发了一种新的光子层层，用常规半导体光子电路整合着由硫属化物玻璃和二维材料制成的模具层。用于将这些材料的现有方法需要它们在一个表面上制造，然后剥离并转移到半导体晶片，这增加了该过程的显着复杂性。相反，新过程允许层在室温下直接在半导体表面上制造，允许简化的制造和更精确的对准。

该方法还可以使用硫属化物材料作为“钝化层”，以保护2-D材料免受环境湿度引起的降解，以及控制2-D材料的光电特性的方法。胡锦涛说，该方法是通用的，并且可以扩展到除石墨烯之外的其他新出现的2-D材料，以扩展并加快它们与光子电路的整合。

该研究团队还包括MIT Postdocs Lan Li和Hongtao Lin的MIT Postdocs Lan Li和Hongtao Lin，厦门大学和中国重庆大学，法国大学，英国南安普敦大学，佛罗里达州中部大学。该工作得到了国家科学基金会的支持，并利用了麻省理工学院Microsystems技术实验室。

刊物：

单片综合可拉伸光子学士学位，林，等，“硫属化物玻璃 - 石墨烯光子，”自然光子（2017）DOI：10.1038 / S41566-017-0033-Z

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