Fs лазерный письменный объем Рамановский

Aug 27, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 13717 (2023) Цитировать эту статью

650 доступов

Подробности о метриках

В этой работе мы демонстрируем интеграцию спектрометра непосредственно в экран смартфона путем фемтосекундной лазерной записи слабой объемной решетки Рамана-Ната либо в слой стекла Corning Gorilla, либо в защитное стекло из закаленного алюмосиликатного стекла, расположенное перед камерой телефона. За пределами режима термического накопления для обоих стекол был обнаружен новый режим записи, дающий положительное изменение показателя преломления, которое зависит от флюенса. Верхний порог для этого режима записи без термического накопления был найден для обоих стекол и составлял соответственно при частоте повторения менее 150 кГц и 101 кГц для плотности энергии 8,7 × 106 Дж/м2 и 1,4 × 107 Дж/м2. . Слабая объемная решетка Рамана-Ната размером 0,5 на 3 мм и шагом 3 мкм была помещена перед мобильным телефоном Samsung Galaxy S21 FE для записи спектра во 2-м порядке дифракции. Этот спектрометр охватывает видимый диапазон от 401 до 700 нм с разрешением детектора 0,4 нм/пиксель и оптическим разрешением 3 нм. С его помощью был определен предел обнаружения родамина 6G в воде, который составил 0,5 мг/л. Это доказательство концепции открывает путь к полевой абсорбционной спектроскопии для быстрого сбора информации.

С момента своего появления в 19931 году смартфоны стали устройствами, которые широко используются и интегрированы в нашу повседневную жизнь во всем мире. Эта интегрированная платформа с годами развивалась за счет увеличения ее вычислительных возможностей и добавления новых датчиков и функций. Он уже заменил обычные предметы потребления, такие как видео- или фотокамеры, будильники, часы, системы глобального позиционирования (GPS), календари, калькулятор, лампы-вспышки, и это лишь некоторые из них, став такими же мощными, как небольшой компьютер с доступом к паутина. Недавняя пандемия Covid подчеркнула потенциал этого инструмента для быстрого внедрения и распространения приложений среди огромного населения в рекордно короткие сроки.

Фотоника может стать интересным способом увеличения возможностей и, следовательно, потенциала этих устройств. Производители уже интегрировали новые фотонные датчики, такие как лидары для приложений дополненной реальности или пульсоксиметр для измерения уровня кислорода в крови и частоты сердечных сокращений в некоторых последних моделях смартфонов. Одновременно многие исследовательские группы активно работают над созданием новых функций этого устройства с использованием уже встроенных датчиков или разработкой новых. Было продемонстрировано, что системы микроскопии с использованием камер смартфонов в сочетании с алгоритмом подсчитывают лейкоциты или эритроциты2 для анализа образцов крови, а также для обнаружения паразитов3, бактерий4,5 и вирусов6. Уровень сахара в крови можно определить, оценив соотношение синего и зеленого спектральных компонентов на камере RGB7. Уровень мутности воды также можно измерить с помощью диффузии Ми, как показано на рисунке 8. Также был продемонстрирован оптический алкотестер, основанный на разнице скорости испарения и содержания алкоголя в тумане, образующемся при дыхании9. Также были продемонстрированы системы спектроскопии, способные измерять уровень pH воды с разрешением 0,305 нм/пиксель10. Также изучалось обнаружение таких загрязнителей воды, как медь, хром, фтор, свинец, ртуть или пестициды11. Системы плазмонного резонанса могут быть объединены со спектроскопией для обнаружения агентов, которые прозрачны для оптической полосы пропускания камеры и обеспечивают низкий уровень обнаружения аналита в воде (100 пикограмм/мл) стафилококкового энтеротоксина B, как сообщается в работе12.

Однако эти новые функции часто требуют добавления дополнительных компонентов, занимающих место. Проблема ограничения пространства вызывает беспокойство в условиях, когда требуются оптимизированные устройства. Для решения этой проблемы Лапоинт и др. предложили идею использования защитных слоев толщиной 750 мкм из стекла Corning Gorilla перед экраном для маркировки фотонных устройств. в13. С помощью фемтосекундной (фс) лазерной записи на длине волны 1030 нм они продемонстрировали одномодовый волновод с низкими потерями 0,053 дБ/см на длине волны 1550 нм. Они также продемонстрировали устройство для измерения показателя преломления (ПП), основанное на потерях взаимодействия исчезающего поля на поверхности стекла14.