Americký tím vyvíja metódu založenú na PEC Etch na vyladenie mikrodiskových laserov

Nedávno spoločný výskumný tím z Harvard Medical School (HMS) a MIT General Hospital v Spojených štátoch uviedol, že realizovali ladenie výstupov mikrodiskových laserov pomocou PEC leptania, vďaka čomu je nový zdroj nanofotoniky a biomedicíny „veľmi sľubný“.
Mikrodiskové lasery a nanodiskové lasery sa ukázali ako sľubný svetelný zdroj a sonda v oblastiach ako nanofotonika a biomedicína. Vo viacerých aplikáciách, ako je fotonická komunikácia na čipe, biozobrazovanie na čipe, biochemické snímanie a kvantové fotonické spracovanie informácií, vyžadujú laserový výstup pri definovanej vlnovej dĺžke a s ultraúzkopásmovou presnosťou. Rozsiahla výroba takýchto presných mikro- a nanodiskových laserov s vlnovou dĺžkou však zostáva náročná. Súčasné procesy nanofabrikácie zavádzajú náhodnosť v priemeroch diskov, čo sťažuje získanie nastavených vlnových dĺžok pri laserovom veľkoobjemovom spracovaní a výrobe.
A teraz skupina výskumníkov z Harvard Medical School a Wellman Center for Photomedicine v Massachusetts General Hospital vyvinula inovatívnu techniku ​​fotoelektrochemického (PEC) leptania, ktorá pomáha presne vyladiť laserové vlnové dĺžky mikrodiskových laserov s presnosťou pod nanometrov.
Výsledky sú publikované v časopise Advanced Photonics.
Fotoelektrochemické leptanie
Nový prístup skupiny umožňuje výrobu mikrodiskových laserov a nanodiskových laserových polí s presnými, vopred určenými emisnými vlnovými dĺžkami, podľa správy. Kľúčom k tomuto prelomu je použitie leptania PEC, ktoré poskytuje efektívny a škálovateľný spôsob jemného doladenia vlnovej dĺžky mikrodiskových laserov.
Vo vyššie uvedených výsledkoch sa tímu podarilo získať mikrodisky s fosfidom indium-gálium-arzenidu na stĺpcových štruktúrach fosfidu india. Potom presne vyladili laserové vlnové dĺžky týchto mikrodiskov na definované hodnoty fotoelektrochemickým leptaním v zriedenom roztoku kyseliny sírovej.
Skúmali tiež mechanizmus a kinetiku špecifického fotoelektrochemického (PEC) leptania. Nakoniec preniesli polia mikrodiskov s ladenou vlnovou dĺžkou na polydimetylsiloxánové substráty, aby vytvorili samostatné izolované laserové častice s rôznymi laserovými vlnovými dĺžkami.
Výsledné mikrodisky vykazujú ultraširokopásmovú šírku pásma laserovej emisie, pričom lasery na kolóne sú menšie ako 0,6 nm a izolované častice menšie ako 1,5 nm.
Otváranie dverí pre biomedicínske a iné aplikácie
Tento výsledok otvára dvere mnohým novým nanofotonickým a biomedicínskym aplikáciám. Napríklad samostatné mikrodiskové lasery môžu slúžiť ako fyzikálno-optické čiarové kódy pre heterogénne biologické vzorky, čo umožňuje značenie špecifické pre bunkový typ a zacielenie špecifických molekúl v multiplexných analýzach.
Značenie špecifické pre bunkový typ sa v súčasnosti vykonáva pomocou bežných biomarkerov, ako sú organické fluorofóry, kvantové bodky a fluorescenčné guľôčky, ktoré majú široké emisné šírky.
Výsledkom je, že súčasne môže byť označených len niekoľko špecifických typov buniek. Naproti tomu ultraúzkopásmové vyžarovanie svetla mikrodiskových laserov by bolo schopné rozpoznať oveľa väčší počet typov buniek súčasne.
Tím testoval a úspešne demonštroval presne vyladené mikrodiskové laserové častice ako biomarkery, ktoré ich využívajú na označenie kultivovaných normálnych prsných epitelových buniek MCF10A. Vďaka ultraširokopásmovej emisii by tieto lasery mohli potenciálne spôsobiť revolúciu v biosnímaní pomocou dobre zavedených biomedicínskych a optických techník, ako je bunková kinetika. zobrazovanie, prietoková cytometria a multihistologická analýza.
Technológia založená na PEC etch predstavuje významný pokrok v mikrodiskových laseroch. Škálovateľnosť metódy, ako aj jej subnanometrová presnosť otvára nové možnosti pre nespočetné množstvo aplikácií laserov v nanofotonických a biomedicínskych zariadeniach, ako aj v čiarových kódoch špecifických bunkových populácií a analyzovaných molekúl.