Plus petit qu’un grain de sable : des capteurs en verre de silice imprimés sur fibre optique

Sommaire

Des chercheurs du KTH Royal Institute of Technology ont développé une nouvelle technique révolutionnaire pour imprimer des capteurs en verre de silice directement sur des fibres optiques. Cette avancée promet d’améliorer considérablement les capacités de détection dans divers domaines, y compris les soins de santé et la surveillance de l’environnement.

Une première en télécommunication

Dans une première pour les télécommunications, des chercheurs en Suède ont imprimé en 3D des micro-optiques en verre de silice sur les extrémités des fibres optiques, des surfaces aussi petites que la section transversale d’un cheveu humain. Cette avancée pourrait permettre un internet plus rapide et une connectivité améliorée, ainsi que des innovations telles que des capteurs et des systèmes d’imagerie plus petits.

Dans un article publié dans le journal ACS Nano, des chercheurs du KTH Royal Institute of Technology à Stockholm affirment que l’intégration de dispositifs optiques en verre de silice avec des fibres optiques permet de multiples innovations, y compris des capteurs à distance plus sensibles pour l’environnement et la santé.

Les techniques d’impression qu’ils rapportent pourraient également s’avérer précieuses dans la production de produits pharmaceutiques et de produits chimiques.

Plus petit qu'un grain de sable : des capteurs en verre de silice imprimés en 3D sur une fibre optique
Un câble en fibre optique est installé sur l'imprimante 3D. (Photo : David Callahan)

Gros plan sur un câble en fibre placé sous un pointeur laser pour l’impression 3D

Le professeur Kristinn Gylfason du KTH déclare que la méthode surmonte les limitations de longue date dans la structuration des extrémités des fibres optiques avec du verre de silice, qui, selon lui, nécessitent souvent des traitements à haute température compromettant l’intégrité des revêtements de fibres sensibles à la température.

Contrairement à d’autres méthodes, le processus commence avec un matériau de base qui ne contient pas de carbone. Cela signifie que des températures élevées ne sont pas nécessaires pour éliminer le carbone afin de rendre la structure en verre transparente.

Les auteurs ont déposé une demande de brevet pour la technique

La résilience des capteurs en verre de silice imprimés en 3D

L’auteur principal de l’étude, Lee-Lun Lai, déclare que les chercheurs ont imprimé un capteur en verre de silice qui s’est avéré plus résilient qu’un capteur standard à base de plastique après plusieurs mesures.

Image microscopique d'une structure en verre imprimée sur l'extrémité d'une fibre optique. (Photo : Lee-Lun Lai, et al)
Image microscopique d'une structure en verre imprimée sur l'extrémité d'une fibre optique. (Photo : Lee-Lun Lai, et al)

“Nous avons démontré un capteur d’indice de réfraction en verre intégré à l’extrémité de la fibre qui nous a permis de mesurer la concentration de solvants organiques. Cette mesure est difficile pour les capteurs à base de polymère en raison de la corrosivité des solvants”, explique Lai.

“Ces structures sont si petites que vous pourriez en placer 1 000 sur la surface d’un grain de sable, ce qui est à peu près la taille des capteurs utilisés aujourd’hui”, déclare le co-auteur de l’étude, Po-Han Huang.

Les chercheurs ont également démontré une technique d’impression de nanogrilles, des motifs ultra-petits gravés sur des surfaces à l’échelle nanométrique. Ceux-ci sont utilisés pour manipuler la lumière de manière précise et ont des applications potentielles dans la communication quantique.

Gylfason déclare que la capacité d’imprimer en 3D des structures en verre arbitraires directement sur l’extrémité de la fibre ouvre de nouvelles frontières en photonique. “En comblant le fossé entre l’impression 3D et la photonique, les implications de cette recherche sont vastes, avec des applications potentielles dans les dispositifs microfluidiques, les accéléromètres MEMS et les émetteurs quantiques intégrés aux fibres”, dit-il.

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Capteurs en verre de silice imprimés en 3D sur fibre optique, en bref

Des chercheurs du KTH en Suède ont imprimé en 3D des micro-optiques en verre de silice sur des fibres optiques, mille fois plus petites qu’un grain de sable. Cette innovation promet d’améliorer la vitesse d’Internet et la connectivité, et permet des capteurs plus petits pour mesurer des solvants organiques. La technique pourrait avoir des applications en communication quantique et dispositifs microfluidiques.


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