Onderzoekers zijn op zoek naar snelle, betrouwbare en betaalbare schakelaars voor de opto-elektronica van de toekomst. Een Empa-team presenteert nu een mogelijke oplossing:kleurstofdruppels met een diameter van slechts enkele micrometers.

Wetenschappers van Empa's Laboratory for Functional Polymers zijn op zoek naar vloeistoffen die zich zo gelijkmatig mogelijk over een oppervlak verspreiden voor de productie van OLED's. Echter, datzelfde lab werkt ook aan precies het tegenovergestelde:een vloeistof die bij toepassing op een oppervlak in zoveel mogelijk druppeltjes moet uiteenvallen. Elk van deze druppeltjes vormt bij het drogen een microlens. Een heel veld van deze microlenzen kan lichtstralen op een specifieke manier beïnvloeden, wat ze uitermate interessant maakt voor optische signaalverwerking in computers en glasvezelnetwerken.

Goedkoop om te produceren

"We profiteren van het feit dat de druppeltjes zichzelf organiseren, " zegt Jakob Heier, die de optische eigenschappen van deze microlenzen bestudeert. "Dit heeft een groot economisch voordeel:we hebben geen machines nodig om de microlenzen te maken, een sproeikop doet de truc." In het labortorium, echter, de kleurstof is nog niet opgespoten; Heier en zijn collega's maken de microlenzen met spincoating. De kleurstof wordt in het midden van een draaitafel geplaatst en verspreidt zich door de middelpuntvliedende kracht over het hele gebied.

Iedereen die precies wil begrijpen hoe deze velden van microlenzen zich in het licht gedragen, moet zich diep in de wiskunde verdiepen. Heier vertelt over Fourier-transformaties en Kramers-Kronig-relaties, die helpen bij het beschrijven van de eigenschappen van duizenden druppels in een enkele wiskundige formule. "De wiskunde achter dit alles is misschien 100 jaar oud, maar de inzichten die we opdoen zijn up-to-date."

Componenten gemaakt van cyaninekleurstof

Heier en zijn collega's slaagden erin aan te tonen dat uit druppeltjes cyaninekleurstof een hele reeks optische schakelelementen kan worden opgebouwd. De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde optische materialen in februari 2017. De schakelelementen kunnen specifiek bepaalde golflengten blokkeren of doorlaten. Heier gebruikt de verandering in de brekingsindex van de kleurstof. Wat het allemaal zo spannend maakt:door verschillende kleurstoffen te selecteren en de grootte van de druppeltjes te variëren, de eigenschappen van de schakelaar kunnen worden afgestemd op de gewenste toepassing.

Bijvoorbeeld, Van deze microlenzen kunnen faseroosters worden gemaakt - een populair hulpmiddel in de opto-elektronica. Dit is in staat om lichtstralen te verdelen in individuele frequenties, zonder afbreuk te doen aan de intensiteit van het licht. Vandaar, de signaalverliezen blijven laag, er is minder lichtenergie nodig en de componenten worden minder warm. "Met onze waarnemingen en berekeningen, we hebben fysiek de weg vrijgemaakt voor deze schakelaars, ", zegt Heier. "Nu ben ik benieuwd wie deze knowhow gebruikt voor de eerste echte toepassingen."