Rapid fabrication einer Polymerlinse auf einem Laserchip für miniaturisierte Spektroskopie
Ein Team aus Forschenden der Universität Toulouse in Frankreich nutzt den Zwei-Photonen-Polymerisations-3D-Druck, um die Divergenz einer vertikalen Laserdiode zu reduzieren, die in einen kompakten optischen Gassensor integriert werden soll.
Die Nachfrage nach tragbaren Gassensoren nimmt in den Umwelt- und Gesundheitswissenschaften sowie in der Industrie stetig zu. Optische Resonanzsensoren, speziell planare Mikroresonatoren, überzeugen durch hohe Empfindlichkeit und kompakte Bauweise, ideal für diese Anwendungen. Forscher*innen der Universität Toulouse entwickelten ein kompaktes optisches Mikrosystem für die Ammoniakgaserkennung. Als Lichtquelle dient ein infrarotstrahlender VCSEL (vertical cavity surface emitting laser), ein Halbleiterlaser, der sich einfach spektral abstimmen lässt und hohe Polarisationsstabilität aufweist.
Allerdings ist die Strahldivergenz des VCSEL-Chips zu groß für gängige Anwendungen in optischen Mikrosystemen. Eine Reduzierung der Spotgröße auf unter 100µm ist für optimale Ergebnisse notwendig. Da marktübliche VCSEL-Chips mit geringerer Divergenz noch nicht erhältlich sind, galt es, eine Kollimationsmikrolinse direkt auf dem Chip zu integrieren.
Die Lösung präsentierten die Wissenschaftler*innen im Journal of Optical Microsystems: Sie nutzten den 2-Photonen-Polymerisations-3D-Druck, um in nur einem Schritt eine Mikrolinse zu erzeugen. Die Strahldivergenz konnte so von 14,4° auf 3° verringert werden, was einer Spotgröße von nur 55 µm entspricht. Sie analysierten außerdem die Auswirkungen der Linsenaddition auf die spektralen Eigenschaften des Geräts und entwarfen ein verbessertes Design. Ihre Forschung demonstriert das Potenzial des 2-Photonen-Polymerisations-3D-Drucks für die Post-Montage-Kollimation von VCSEL und bahnt den Weg für optimierte Laserchips in portablen optischen Messsystemen.