Los investigadores han desarrollado un nuevo tipo de dispositivo optomecánico que utiliza un disco de silicio microscópico para confinar ondas ópticas y mecánicas. El nuevo dispositivo es altamente personalizable y compatible con los procesos de fabricación comerciales. lo que lo convierte en una solución práctica para mejorar los sensores que detectan la fuerza y ​​el movimiento.

Los dispositivos optomecánicos usan luz para detectar movimiento. Se pueden utilizar como de bajo consumo, bloques de construcción eficientes para los acelerómetros que detectan la orientación y el movimiento de un teléfono inteligente o que activan la bolsa de aire de un automóvil para que se despliegue en segundos después de un accidente. Los científicos están trabajando para hacer que estos dispositivos sean más pequeños e incluso más sensibles al movimiento. fuerzas y vibraciones.

Identificar los movimientos más pequeños requiere niveles extremadamente altos de interacción, o acoplamiento, entre ondas de luz, que se utilizan para la detección, y las ondas mecánicas ligadas al movimiento. En la revista The Optical Society Óptica Express , investigadores de la Universidad de Campinas, Brasil, informan que su nuevo diseño de disco de diana logra tasas de acoplamiento que coinciden con las de los mejores dispositivos optomecánicos basados ​​en laboratorio informados.

Si bien la mayoría de los dispositivos optomecánicos de última generación se fabrican con equipos que no están ampliamente disponibles, el nuevo dispositivo de disco de diana se fabricó en una fundición comercial estándar con los mismos procesos utilizados para fabricar chips semiconductores de óxido de metal complementarios (CMOS), como los que se utilizan en la mayoría de las cámaras digitales.

"Debido a que el dispositivo se fabricó en una fundición CMOS comercial, cualquier grupo del mundo podría reproducirlo, "dijo Thiago P. Mayer Alegre, líder del grupo de investigación. "Si se hicieran miles, todos funcionarían de la misma manera porque los hicimos resistentes a los procesos de fabricación de la fundición. También es mucho más barato y rápido fabricar este tipo de dispositivos en una fundición CMOS en lugar de utilizar técnicas de fabricación internas especializadas ".

Uniendo luz y movimiento

La mayoría de los dispositivos optomecánicos utilizan el mismo mecanismo para confinar tanto la luz como las ondas mecánicas dentro de un material. donde las olas pueden interactuar. Sin embargo, este enfoque puede limitar el rendimiento de los dispositivos optomecánicos porque solo ciertos materiales funcionan bien para limitar tanto el movimiento ligero como el mecánico.

"Una vez que desacople las reglas de confinamiento para la luz y la mecánica, puedes utilizar cualquier tipo de material, ", dijo Alegre." También hace posible adaptar de forma independiente el dispositivo para que funcione con ciertas frecuencias de luz o frecuencias de ondas mecánicas ".

Los investigadores crearon un disco de silicio de 24 micrones de ancho que confina la luz y las ondas mecánicas utilizando mecanismos separados. La luz está confinada con una reflexión interna total, lo que hace que la luz rebote en el borde del disco y viaje alrededor de la parte exterior en un anillo circular. Los investigadores agregaron arboledas circulares al disco, dándole la apariencia de una diana, para localizar el movimiento mecánico en el anillo exterior, donde puede interactuar con la luz. El disco está soportado por un pedestal central que permite que el disco se mueva.

"Se han utilizado arboledas radiales para confinar las ondas de luz en otros dispositivos, pero tomamos esta idea y la aplicamos a ondas mecánicas, ", dijo Alegre." Nuestro dispositivo optomecánico es el primero en utilizar ranuras radiales para acoplar ondas mecánicas y ópticas ".

La versatilidad del diseño del disco de diana significa que podría usarse para algo más que detectar movimiento. Por ejemplo, Hacer el disco con un material láser podría crear un láser con pulsos o niveles de potencia controlados por el movimiento. El dispositivo también podría usarse para hacer un modulador óptico muy pequeño y de alta frecuencia para aplicaciones de telecomunicaciones.

Los investigadores ahora están trabajando para refinar aún más el diseño de su dispositivo para que funcione aún mejor con los procesos de fabricación de fundición CMOS. Esto debería reducir la cantidad de luz que pierde el disco y, por lo tanto, mejorar el rendimiento general. También quieren hacer que el dispositivo sea aún más práctico combinando el disco optomecánico con una guía de ondas óptica integrada que traiga luz hacia y desde el dispositivo. todo en un paquete.