Американски екип разработва PEC базиран на ецване метод за настройка на лазери за микродиск

Наскоро съвместен изследователски екип от Harvard Medical School (HMS) и MIT General Hospital в Съединените щати заяви, че е реализирал настройката на микродиск лазерни изходи с помощта на PEC гравиране, което прави нов източник на нанофотоника и биомедицина "много обещаващ".
Микродисковите лазери и нанодисковите лазери се очертаха като обещаващ източник на светлина и сонда в области като нанофотоника и биомедицина. В няколко приложения, като фотонна комуникация на чип, биоизобразяване на чип, биохимично наблюдение и обработка на квантова фотонна информация, те изискват лазерен изход при определена дължина на вълната и с ултратеснолентова прецизност. Въпреки това, широкомащабното производство на такива микро- и нанодискови лазери с такава прецизна дължина на вълната остава предизвикателство. Настоящите процеси на нанофабрикация въвеждат произволност в диаметрите на диска, което затруднява получаването на зададени дължини на вълните при лазерна обработка и производство на голям обем.
И сега група изследователи от Харвардското медицинско училище и Wellman Center for Photomedicine в Massachusetts General Hospital разработиха иновативна фотоелектрохимична (PEC) техника за ецване, която помага за прецизната настройка на лазерните дължини на вълните на лазерите с микродиск с точност под нанометър.
Резултатите са публикувани в списанието Advanced Photonics.
Фотоелектрохимично ецване
Новият подход на групата позволява производството на микродискови лазери и нанодискови лазерни масиви с прецизни, предварително определени дължини на вълните на излъчване, според доклада. Ключът към този пробив е използването на PEC ецване, което осигурява ефективен и мащабируем начин за фина настройка на дължината на вълната на микродисковите лазери.
В горните резултати екипът успя да получи покрити със силициев диоксид фосфидни микродискове от индиев галиев арсенид върху колонни структури от индиев фосфид. След това те прецизно настройват дължините на лазерните вълни на тези микродискове до определени стойности чрез фотоелектрохимично ецване в разреден разтвор на сярна киселина.
Те също така изследваха механизма и кинетиката на специфично фотоелектрохимично (PEC) ецване. Накрая те прехвърлиха настроените по дължината на вълната микродискови масиви върху полидиметилсилоксанови субстрати, за да произведат отделни, изолирани лазерни частици с различни дължини на лазерната вълна.
Получените микродискове показват ултрашироколентова честотна лента на лазерно излъчване, с лазери в колоната под 0.6 nm и изолирани частици под 1,5 nm.
Отваряне на вратата към биомедицински и други приложения
Този резултат отваря вратата към много нови нанофотонни и биомедицински приложения. Например, самостоятелни микродискови лазери могат да служат като физически-оптични баркодове за хетерогенни биологични проби, позволявайки специфично за клетъчния тип етикетиране и насочване на специфични молекули в мултиплексирани анализи.
Понастоящем специфичното за клетъчния тип маркиране се извършва с помощта на конвенционални биомаркери като органични флуорофори, квантови точки и флуоресцентни перли, които имат широка ширина на емисионната линия.
В резултат на това само няколко специфични типа клетки могат да бъдат маркирани едновременно. Обратно, ултратеснолентовото светлинно излъчване на микродисковите лазери би могло да разпознае много по-голям брой типове клетки едновременно.
Екипът тества и успешно демонстрира прецизно настроени микродискови лазерни частици като биомаркери, използвайки ги за етикетиране на култивирани нормални епителни клетки на гърдата MCF10A. Със своето ултрашироколентово излъчване, тези лазери биха могли потенциално да революционизират биочувствителността, използвайки добре установени биомедицински и оптични техники, като клетъчна кинетика изображения, поточна цитометрия и мултихистологичен анализ.
Технологията, базирана на ецване на PEC, бележи значителен напредък в микродисковите лазери. Мащабируемостта на метода, както и неговата субнанометрова прецизност, разкриват нови възможности за безбройните приложения на лазерите в нанофотони и биомедицински устройства, както и в баркодирането на специфични клетъчни популации и анализирани молекули.