Postoji rastuća potražnja za prenosivim gasnim senzorima, kako od strane korisnika nauka o životnoj sredini i zdravlja, tako i od industrije. Rezonantni optički senzori, posebno planarni mikrorezonatori, kombinuju visoku osetljivost i mali otisak, što ih čini dobrim kandidatima za ove primene.
Princip sensinga ovih senzora sa vođenim talasima zasniva se na varijaciji njihovog spektralnog odgovora u prisustvu ciljnih molekula. Laserski izvor koji se koristi za ispitivanje takvih spektralnih pomeranja treba da emituje jednomodni i polarizaciono stabilan snop i treba da bude spektralno podesiv na najmanje nekoliko nanometara.
Tim istraživača sa Univerziteta u Tuluzu u Francuskoj imao je za cilj da proizvede takav kompaktni optički mikrosistem za detekciju gasa amonijaka koristeći skoro infracrveni monomodni laserski diodni izvor, odnosno laser koji emituje površinu vertikalne šupljine ili VCSEL.
Ova vrsta poluprovodničke laserske diode je veoma kompaktna i može se spektralno podesiti na nekoliko nanometara jednostavnim podešavanjem radne struje. Štaviše, specifični VCSEL čip koji se koristi u njihovom radu uključuje rešetkasti reljef urezan na njegovoj površini koji obezbeđuje dobru polarizacionu stabilnost emitovanog zraka. Međutim, iako je manji nego za LED ili za standardnu lasersku diodu koja emituje ivice, divergencija snopa ovog VCSEL čipa je prevelika za većinu praktičnih upotreba u optičkim mikrosistemima.
U ovom istraživanju, veličina tačke na ciljnoj radnoj udaljenosti (2 mm) je zaista veća od 250 µm. Trebalo bi da se smanji na manje od 100 µm da bi se obezbedilo optimalno spajanje sa područjem detekcije. Polarizaciono stabilni monomodni VCSEL čipovi sa smanjenom divergencijom, nažalost, još uvek nisu komercijalno dostupni. Izazov je stoga u pronalaženju tačne metode za direktnu integraciju kolimacionog mikrosočiva na VCSEL čip male veličine (200k200k150 µm 3 ) koji je već montiran na štampanu ploču.
U ovom radu, objavljenom u Journal of Optical Microsistems, istraživači pokazuju da se 3-D štampanje sa 2-fotonskom polimerizacijom može iskoristiti za proizvodnju takvog mikrosočiva u jednom koraku i sa vremenom pisanja od samo 5 minuta. U tom cilju, optimizovali su dizajn sočiva i uslove proizvodnje kako bi dobili dovoljan kvalitet površine kao i odgovarajuću žižnu daljinu.
Divergencija zraka laserskog čipa mogla bi se smanjiti sa 14,4° na 3°, što odgovara veličini tačke snopa na udaljenosti od 2 mm od samo 55 µm. Takođe su eksperimentalno i teoretski proučavali efekte dodavanja sočiva na spektralna svojstva uređaja i predložili novi dizajn kako bi se izbeglo smanjenje opsega podešavanja.
Rad tima pokazuje interesovanje za 3-D štampanje sa 2 fotonsko polimerizacijom kao brzu i preciznu tehniku za VCSEL kolimaciju u fazi nakon montiranja i utire put ka razvoju optimizovanih laserskih čipova koji se mogu direktno integrisati u prenosive optičke sisteme senzora.
