Команда США разрабатывает метод на основе травления PEC для настройки микродисковых лазеров

Недавно совместная исследовательская группа из Гарвардской медицинской школы (HMS) и больницы общего профиля Массачусетского технологического института в США заявила, что им удалось настроить выходы лазеров микродисков с помощью травления PEC, что делает новый источник нанофотоники и биомедицины «очень многообещающим».
Микродисковые и нанодисковые лазеры стали многообещающим источником света и зондом в таких областях, как нанофотоника и биомедицина. В некоторых приложениях, таких как фотонная связь на кристалле, биоизображение на чипе, биохимическое зондирование и квантовая фотонная обработка информации, требуется выходной сигнал лазера на определенной длине волны и со сверхузкополосной точностью. Однако крупномасштабное производство микро- и нанодисковых лазеров с такой точной длиной волны остается сложной задачей. Современные процессы нанопроизводства привносят случайность в диаметры дисков, что затрудняет получение заданных длин волн при крупносерийной лазерной обработке и производстве.
И теперь группа исследователей из Гарвардской медицинской школы и Центра фотомедицины Веллмана при Массачусетской больнице общего профиля разработали инновационную технику фотоэлектрохимического (PEC) травления, которая помогает точно настраивать длины волн микродисковых лазеров с точностью до субнанометра.
Результаты опубликованы в журнале Advanced Photonics.
Фотоэлектрохимическое травление
Согласно отчету, новый подход группы позволяет изготавливать микродисковые лазеры и лазерные массивы нанодисков с точными, заранее заданными длинами волн излучения. Ключом к этому прорыву является использование травления PEC, которое обеспечивает эффективный и масштабируемый способ точной настройки длины волны микродисковых лазеров.
В приведенных выше результатах команде удалось получить микродиски из фосфида арсенида индия-галлия, покрытые диоксидом кремния, на колонных структурах из фосфида индия. Затем они точно настроили длины волн лазера этих микродисков до определенных значений с помощью фотоэлектрохимического травления в разбавленном растворе серной кислоты.
Они также исследовали механизм и кинетику специфического фотоэлектрохимического (ФЭХ) травления. Наконец, они перенесли массивы микродисков с настроенной длиной волны на полидиметилсилоксановые подложки, чтобы получить отдельные изолированные лазерные частицы с разными длинами волн лазера.
Полученные микродиски демонстрируют сверхширокополосную полосу лазерного излучения: размер лазеров на колонке составляет менее 0,6 нм, а размер изолированных частиц - менее 1,5 нм.
Открывая двери биомедицинским и другим приложениям
Этот результат открывает двери для многих новых нанофотонных и биомедицинских приложений. Например, автономные микродисковые лазеры могут служить в качестве физико-оптических штрих-кодов для гетерогенных биологических образцов, обеспечивая специфическую маркировку клеток и нацеливание на конкретные молекулы в мультиплексном анализе.
Маркировка конкретного типа клеток в настоящее время осуществляется с использованием обычных биомаркеров, таких как органические флуорофоры, квантовые точки и флуоресцентные шарики, которые имеют широкую ширину линий излучения.
В результате одновременно можно пометить только несколько конкретных типов клеток. Напротив, сверхузкополосное световое излучение микродисковых лазеров сможет распознавать гораздо большее количество типов клеток одновременно.
Команда протестировала и успешно продемонстрировала точно настроенные микродисковые лазерные частицы в качестве биомаркеров, используя их для маркировки культивируемых нормальных эпителиальных клеток молочной железы MCF10A. Благодаря своему сверхширокополосному излучению эти лазеры потенциально могут совершить революцию в биосенсорстве с использованием хорошо зарекомендовавших себя биомедицинских и оптических методов, таких как клеточная кинетика. визуализация, проточная цитометрия и мультигистологический анализ.
Технология травления на основе PEC знаменует собой значительный прогресс в области микродисковых лазеров. Масштабируемость метода, а также его субнанометровая точность открывают новые возможности для множества применений лазеров в нанофотонных и биомедицинских устройствах, а также для штрих-кодирования конкретных популяций клеток и анализируемых молекул.