Op het gebied van nano-fotonica, wetenschappers zijn er voor het eerst in geslaagd een laser te integreren met een organisch versterkingsmedium op een silicium fotonische chip. Deze benadering biedt een enorm potentieel voor goedkope biosensoren die eenmalig en zonder sterilisatie-uitgaven kunnen worden gebruikt voor bijna-patiëntdiagnose, vergelijkbaar met de huidige strips voor het meten van de bloedsuikerspiegel. De onderzoekers presenteren de nieuwe laser nu in Natuurcommunicatie .

Dit is de eerste keer dat organische lasers zijn geïntegreerd op een enkele silicium fotonische chip, Christian Koos, onderzoeker van KIT's Institute of Photonics and Quantum Electronics (IPQ) en Institute of Microstructure Technology (IMT), rapporten. “Het grote voordeel van de lasers is dat de productie van grote series gepaard gaat met lage kosten. fabricage tegen een prijs van enkele centen per laser haalbaar zou kunnen zijn."

Een van de grootste uitdagingen bij de fabricage van optische microchips bestaat uit het tegen lage kosten integreren van een aantal verschillende componenten op één substraat. Sinds enkele jaren, het is mogelijk geworden optische componenten van silicium te maken. Deze zogenaamde siliciumfotonica maakt gebruik van hoogontwikkelde nanotechnologische fabricageprocessen van micro-elektronica en maakt de goedkope productie van grote aantallen hoogwaardige fotonische componenten mogelijk. Dergelijke componenten van fracties van een micrometer kunnen bijdragen aan het energiezuiniger maken van informatietechnologie en zijn zeer geschikt voor compacte biosensoren.

Het probleem van het integreren van lichtbronnen op de chip, echter, bleef onopgelost, aangezien de siliciumhalfgeleider vanwege zijn elektronische structuur nauwelijks geschikt is als lichtzender. Tijdens elektronenoverdracht tussen energetisch verschillende toestanden, de energie komt bij voorkeur vrij in de vorm van warmte in plaats van licht.

Onderzoekers van het KIT hebben nu een nieuwe klasse lasers ontwikkeld in het infraroodbereik. Voor dit doeleinde, ze combineren silicium nano-golfgeleiders met een polymeer gedoteerd met een organische kleurstof. De energie om deze "organische" laser te laten werken wordt van bovenaf geleverd, verticaal op het chipoppervlak, door een pulserende lichtbron. Het geproduceerde laserlicht wordt direct gekoppeld aan een silicium nanogolfgeleider. De onderzoekers slaagden erin gepulseerde laserstraling met een golflengte van 1310 nm en een piekvermogen van meer dan 1 Watt op één chip te genereren. De nieuwe infrarood lasers worden gepresenteerd in de Natuurcommunicatie logboek. Door het gebruik van verschillende kleurstoffen en laserresonatoren, de golflengte van laserstraling kan over een groot bereik worden gevarieerd.

De componenten kunnen onder meer worden gebruikt voor biosensoren met een verscheidenheid aan geïntegreerde laserlichtbronnen en golflengten die zijn aangepast aan de speciale toepassing. Dergelijke sensoren kunnen worden gebruikt om medisch relevante stoffen te meten. Om besmetting te voorkomen, het is voordelig om deze chips tegen minimale kosten te produceren en eenmalig te gebruiken. Op deze manier, de sensoren kunnen direct op de patiënt of in medische praktijken worden toegepast (point-of-care diagnose).