Fs レーザー書き込みボリュームラマン

Aug 27, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13717 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

この研究では、コーニングゴリラガラススクリーン層または携帯電話のカメラの前に配置された強化アルミノケイ酸ガラス保護スクリーンのいずれかに弱いラマン・ナス体積格子をフェムト秒レーザーで刻印することにより、スマートフォンの画面に分光計を直接統合することを実証します。 熱蓄積領域の外側では、フルエンスに依存する正の屈折率変化をもたらす新しい書き込み領域が両方のガラスで見つかりました。 この熱蓄積のない書き込み領域の上限閾値は両方のガラスで見つかり、それぞれ 8.7 × 106 J/m2 および 1.4 × 107 J/m2 のフルエンスに対して 150 kHz および 101 kHz 未満の繰り返し率でした。 。 寸法 0.5 x 3 mm、ピッチ 3 μm の弱い体積ラマン・ナス格子を Samsung Galaxy S21 FE 携帯電話の前に配置し、2 次の回折次数を使用してスペクトルを記録しました。 この分光計は、0.4 nm/ピクセルの検出器分解能と 3 nm の光学分解能で 401 ～ 700 nm の可視帯域をカバーします。 これは、水中のローダミン 6G の濃度検出限界を決定するために使用され、0.5 mg/L であることが判明しました。 この概念実証は、迅速な情報収集のための現場での吸収分光法への道を開きます。

19931 年の登場以来、スマートフォンは世界中で広く使用され、私たちの日常生活に溶け込んでいるデバイスになりました。 この統合プラットフォームは、コンピューティング能力の向上と新しいセンサーや機能の追加により、長年にわたって進化してきました。 すでにビデオや写真のカメラ、目覚まし時計、時計、全地球測位システム (GPS)、カレンダー、電卓、フラッシュ ランプなどの一般的な商品に取って代わり、いくつか例を挙げると、ウェブ。 最近の新型コロナウイルスのパンデミックにより、記録的な速さでアプリケーションを迅速に実装し、膨大な人口に配布できるこのツールの可能性が浮き彫りになりました。

フォトニクスは、これらのデバイスの機能、ひいては可能性を高めるための興味深い手段となり得ます。 メーカーはすでに、拡張現実アプリケーション用のライダーや、現場で血中酸素濃度や心拍数を取得するパルスオキシメーターなどの新しいフォトニクスセンサーを一部のスマートフォンの最新モデルに統合しています。 同時に、多くの研究グループが、すでに搭載されているセンサーを使用してこのデバイスに新しい機能を作成したり、新しいセンサーを開発したりするために積極的に取り組んでいます。 スマートフォンのカメラとアルゴリズムを組み合わせた顕微鏡システムは、血液サンプル分析のための白血球または赤血球 2 の計数や、寄生虫 3、細菌 4、5、ウイルス 6 の検出が実証されています。 血糖値は、RGB カメラで青と緑のスペクトル成分の比率を評価することで検出できます7。 ミー拡散を利用した水の濁度も図8のように測定できます。 呼気中に発生する霧のアルコール含有量による蒸発速度の違いに基づく光学的飲酒検知装置も同様に実証されました9。 水の pH レベルを測定できる分光システムも、0.305 nm/ピクセル10 の解像度で実証されています。 銅、クロム、フッ素、鉛、水銀、農薬などの水汚染物質の検出も調査されました11。 プラズモニック共鳴システムを分光法と組み合わせると、カメラの光帯域幅に対して透明な薬剤を検出でき、12 で報告されているように、ブドウ球菌エンテロトキシン B の水中の検体の低濃度検出レベル (100 ピコグラム/mL) が得られます。

ただし、これらの新しい機能には、スペースを消費するアドオンとしてコンポーネントを追加する必要があることがよくあります。 最適化されたデバイスが必要な状況では、スペース制限の問題が懸念されます。 この問題に取り組むために、スクリーンの前面にコーニングゴリラガラス製の厚さ750μmの保護層を使用してフォトニクスデバイスを刻み込むというアイデアがLapointeらによって提案された。 13で。 1030 nm でのフェムト秒 (fs) レーザー書き込みを利用して、1550 nm で 0.053 dB/cm の低損失シングルモード導波路を実証しました。 彼らはまた、ガラス表面でのエバネッセント場の相互作用損失に基づく屈折率 (RI) 測定装置も実証しました 14。