Microláseres: una oportunidad tecnológica para generar, controlar y dirigir luz a escalas de un chip
R. Castro Beltrán, H. M. Reynoso-de la Cruz, D. Aranda-Rojas, G. Gutiérrez-Juárez, I. R. Rosas-Román
Laboratorio de Biofotoacústica
División de Ciencias e Ingenierías, Campus León
Universidad de Guanajuato
La idea de tener chips sin limitaciones de velocidad de procesamiento, con operabilidad en el orden de los Gb/s (mil millones de bytes por segundo) y con un gran ancho de banda espectral, es hoy en día una realidad a partir del uso de tecnología fotónica: tecnología basada en el uso de (luz) fotones. El concepto de un chip fotónico conformado por fuentes de luz coherente, transceptores, amplificadores, demultiplexores y otros bloques para el procesamiento de datos, dentro del mismo, requiere la conexión de todos estos componentes hasta lograr lo análogo en funcionalidad respecto a los chips electrónicos, que comúnmente encontramos en nuestros aparatos electrónicos.
Recientemente, nuestro grupo de trabajo, en la División de Ciencias e Ingenierías-laboratorio de Biofotoacústica, desarrolla estas fuentes láser con tecnología 100% desarrollada en nuestras instalaciones. Nuestras capacidades de fabricación oscilan desde sistemas láser con geometrías de cilindros, discos montados sobre un pedestal hasta cubos, todos del orden de 50 um a 300 um (1um=0.000001 metros). Esta sintonización en la geometría nos permite tener control sobre: la fenomenología y la direccionalidad de emisión láser, ambas propiedades son de gran importancia para la incorporación de este tipo de sistemas como parte de los chips fotónicos.
Además, de estas características, la longitud de onda de emisión (frecuencia de la luz emitida) es un parámetro operacional de gran importancia, por esta razón, tener control en la fabricación de sistemas que puedan ser fácilmente dopados con diferentes materiales activos (medios de ganancia en un sistema láser) es fundamental para contar con mejores oportunidades de aplicación tecnológica.
Respecto a la fabricación de dispositivos fotónicos a escala micrométrica, actualmente, existen en el mercado un gran número de plataformas de impresión que permiten una gran versatilidad en términos de formas, tamaños y fabricación en masa. Sin embargo, estas son costosas y comúnmente, requieren de un técnico tanto para su instalación como para su mantenimiento. Además, los softwares de operación de estos equipos no presentan oportunidad de modificación debido a licencias de los softwares y/o derechos de autor de dichas compañías.
En nuestro laboratorio, un aspecto importante de la plataforma de impresión es que es controlada por software libre, en donde nuestros estudiantes y usuarios externos, tienen la oportunidad de modificar el código de control existente y sobre todo, pueden trasladar la plataforma, sin necesidad de apoyo técnico adicional, al lugar de trabajo donde se requiera. La plataforma, se basa en la impresión láser directa donde, la muestra descansa sobre un soporte con movimiento en los tres ejes (x, y, z) de esta forma, se asegura un movimiento 3D de la misma. La resolución mecánica es del orden de 10 um y óptica de 2 um (ideal). El proceso por el cual fabricamos nuestras plataformas es conocido como fotolitografía, similar al revelado de una fotografía antigua, en donde aquellas regiones que fueron irradiadas con la luz láser serán las que se revelarán (químicamente). Dado que la plataforma tiene libertada de movimiento 3D, es posible imprimir desde pedestales sólidos hasta estructuras complejas como mezcladores en forma de serpentín para otro uso tecnológico, por ejemplo, sistemas microfluídicos.
De esta forma, nuestro equipo trabajo, estudiantes de doctorado, licenciatura y colegas investigadores, hemos apostado por el desarrollo de este tipo de plataformas microláseres en vista mejorar el acceso en términos de impresión, el costo que representa desde la fabricación hasta la caracterización y finalmente, la oportunidad de a partir de nuevos diseños, contar con mejores oportunidades de aplicación con sistemas optoelectrónicos y fotónicos existentes. El pasado enero del 2021, mostramos ( Vol. 60, No. 3 / 20 January 2021 / Applied Optics), el funcionamiento de un sistema láser a base de un cilindro, con umbrales de operación 5 uJ/cm2. Este umbral de operación tiene un impacto tecnológico sobresaliente ya que representa la oportunidad de operar un chip a densidades de energía muy bajas, lo cual es uno de los retos de operación de mismos. Hoy en día, nuestro grupo trabaja en mejorar tanto el umbral de operación como los procesos de fabricación hacia rutas de producción en masa y en nuevas rutas de excitación óptica que nos permitan mejorar el comportamiento de los microláseres.
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