Volume escrito a laser Fs Raman

Aug 27, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13717 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Neste trabalho demonstramos a integração de um espectrômetro diretamente na tela do smartphone por inscrição a laser de femtosegundo de uma grade fraca de volume Raman-Nath na camada da tela de vidro Corning Gorilla ou na tela protetora de vidro de aluminossilicato temperado colocada na frente da câmera do telefone. Fora do regime de acumulação térmica, foi encontrado um novo regime de escrita que produz uma mudança positiva no índice de refração para ambos os vidros, que é dependente da fluência. O limite superior para este regime de escrita sem acumulação térmica foi encontrado para ambos os vidros e estava, respectivamente, em uma taxa de repetição inferior a 150 kHz e 101 kHz para fluência de 8,7 × 106 J/m2 e 1,4 × 107 J/m2 . Uma rede Raman-Nath de volume fraco com dimensão de 0,5 por 3 mm e passo de 3 μm foi colocada na frente de um celular Samsung Galaxy S21 FE para registrar o espectro usando a 2ª ordem de difração. Este espectrômetro cobre a banda visível de 401 a 700 nm com resolução de detector de 0,4 nm/pixel e resolução óptica de 3 nm. Foi usado para determinar o limite de detecção da concentração de Rodamina 6G na água, que foi de 0,5 mg/L. Esta prova de conceito abre caminho para a espectroscopia de absorção em campo para coleta rápida de informações.

Desde a sua introdução em 19931, os smartphones tornaram-se dispositivos amplamente utilizados e integrados na nossa vida quotidiana em todo o mundo. Esta plataforma integrada evoluiu ao longo dos anos através do aumento das suas capacidades de computação e da adição de novos sensores e funcionalidades. Já substituiu itens comuns, como câmeras de vídeo ou fotográficas, despertadores, relógios, Sistemas de Posicionamento Global (GPS), calendários, calculadora, lâmpadas de flash, só para citar alguns, tornando-se tão poderoso quanto um pequeno computador com acesso a a teia. A recente pandemia de Covid destacou o potencial desta ferramenta para implementar e distribuir rapidamente aplicações a uma vasta população em tempo recorde.

A fotônica pode ser um caminho interessante para aumentar as capacidades e, portanto, o potencial desses dispositivos. Os fabricantes já integraram novos sensores fotônicos, como Lidars para aplicações de realidade aumentada ou oxímetro de pulso para adquirir em campo o nível de oxigênio no sangue e a frequência cardíaca em alguns modelos recentes de smartphones. Simultaneamente, muitos grupos de investigação estão a trabalhar ativamente para criar novas funcionalidades neste dispositivo utilizando os sensores já integrados ou desenvolvendo novos. Demonstrou-se que sistemas de microscopia que utilizam câmeras de smartphones acopladas a um algoritmo contam glóbulos brancos ou vermelhos2 para análise de amostras de sangue, bem como detecção de parasitas3, bactérias4,5 e vírus6. O nível de açúcar no sangue pode ser detectado avaliando a proporção dos componentes espectrais azul e verde na câmera RGB7. O nível de turbidez da água usando difusão de Mie também pode ser medido conforme mostrado em8. Um bafômetro óptico baseado na diferença da taxa de evaporação com o teor de álcool da névoa gerada na respiração também foi demonstrado9. Sistemas de espectroscopia capazes de medir o nível de pH da água também foram demonstrados com resolução de 0,305 nm/pixel10. A detecção de contaminantes da água como cobre, cromo, flúor, chumbo, mercúrio ou pesticidas11 também foi investigada. Sistemas de ressonância plasmônica podem ser acoplados à espectroscopia para detectar agentes que são transparentes à largura de banda óptica da câmera e oferecem baixo nível de detecção de concentração de analito em água (100 picogramas/mL) de enterotoxina estafilocócica B, conforme relatado em12.

No entanto, essas novas funcionalidades muitas vezes precisam de acréscimos de componentes como um complemento que consome espaço. O problema da limitação de espaço é preocupante em condições em que são necessários dispositivos otimizados. Para resolver esse problema, a ideia de usar camadas protetoras de 750 μm de espessura feitas de vidro Corning Gorilla na frente da tela para inscrever dispositivos fotônicos foi proposta por Lapointe et al. em13. Com a ajuda da escrita a laser de femtosegundo (fs) a 1030 nm, eles demonstraram um guia de ondas monomodo de baixa perda de 0,053 dB/cm a 1550 nm. Eles também demonstraram um dispositivo de medição do índice de refração (IR) baseado nas perdas de interação do campo evanescente na superfície do vidro .