Fs volume écrit au laser Raman

Aug 27, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13717 (2023) Citer cet article

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Dans ce travail, nous démontrons l'intégration d'un spectromètre directement dans l'écran du smartphone par inscription laser femtoseconde d'un réseau de volume Raman – Nath faible soit dans la couche d'écran en verre Corning Gorilla, soit dans l'écran protecteur en verre d'aluminosilicate trempé placé devant la caméra du téléphone. En dehors du régime d'accumulation thermique, un nouveau régime d'écriture produisant un changement d'indice de réfraction positif a été trouvé pour les deux verres, dépendant de la fluence. Le seuil supérieur pour ce régime d'écriture sans accumulation thermique a été trouvé pour les deux verres et était respectivement à un taux de répétition inférieur à 150 kHz et 101 kHz pour une fluence de 8,7 × 106 J/m2 et 1,4 × 107 J/m2. . Un réseau Raman-Nath à faible volume de dimension 0,5 sur 3 mm et au pas de 3 μm a été placé devant un téléphone portable Samsung Galaxy S21 FE pour enregistrer le spectre en utilisant le 2ème ordre de diffraction. Ce spectromètre couvre la bande visible de 401 à 700 nm avec une résolution de détecteur de 0,4 nm/pixel et une résolution optique de 3 nm. Il a été utilisé pour déterminer la limite de détection de la concentration de rhodamine 6G dans l'eau, qui s'est avérée être de 0,5 mg/L. Cette preuve de concept ouvre la voie à la spectroscopie d’absorption sur le terrain pour une collecte rapide d’informations.

Depuis leur introduction en 19931, les smartphones sont devenus des appareils largement utilisés et intégrés dans notre vie quotidienne partout dans le monde. Cette plateforme intégrée a évolué au fil des années par l’augmentation de ses capacités de puissance de calcul et l’ajout de nouveaux capteurs et fonctionnalités. Il a déjà remplacé des produits courants tels que les caméras vidéo ou photographiques, les réveils, les montres, les systèmes de positionnement global (GPS), les calendriers, la calculatrice, les lampes flash, pour n'en nommer que quelques-uns, devenant aussi puissant qu'un petit ordinateur avec accès à la toile. La récente pandémie de Covid a mis en évidence le potentiel de cet outil pour mettre en œuvre et distribuer rapidement des applications à une vaste population en un temps record.

La photonique peut être une voie intéressante pour augmenter les capacités et donc le potentiel de ces dispositifs. Les fabricants ont déjà intégré de nouveaux capteurs photoniques tels que des Lidars pour des applications de réalité augmentée ou des oxymètres de pouls pour acquérir sur le terrain le niveau d'oxygène dans le sang et la fréquence cardiaque sur certains modèles récents de smartphones. Parallèlement, de nombreux groupes de recherche travaillent activement à la création de nouvelles fonctionnalités sur cet appareil en utilisant les capteurs déjà embarqués ou en en développant de nouveaux. Il a été démontré que des systèmes de microscopie utilisant des caméras de smartphone couplées à un algorithme comptent les globules blancs ou rouges2 pour l'analyse d'échantillons de sang ainsi que la détection de parasites3, de bactéries4,5 et de virus6. Le niveau de sucre dans le sang peut être détecté en évaluant le rapport des composantes spectrales bleues et vertes au niveau de la caméra RVB7. Le niveau de turbidité de l'eau par diffusion Mie peut également être mesuré comme indiqué en 8. Un alcootest optique basé sur la différence entre le taux d'évaporation et la teneur en alcool du brouillard généré dans l'haleine a également été démontré9. Des systèmes de spectroscopie capables de mesurer le niveau de pH de l’eau ont également été démontrés avec une résolution de 0,305 nm/pixel10. La détection de contaminants dans l'eau comme le cuivre, le chrome, le fluor, le plomb, le mercure ou les pesticides11 a également été étudiée. Les systèmes de résonance plasmonique peuvent être couplés à la spectroscopie pour détecter des agents transparents à la bande passante optique de la caméra et offrir un faible niveau de détection de concentration d'analyte dans l'eau (100 picogrammes/mL) d'entérotoxine staphylococcique B, comme indiqué dans12.

Cependant, ces nouvelles fonctionnalités nécessitent souvent des ajouts de composants sous forme de add-on qui consomment de l'espace. Le problème de limitation d’espace est préoccupant dans les conditions où des dispositifs optimisés sont requis. Pour résoudre ce problème, l'idée d'utiliser des couches protectrices de 750 µm d'épaisseur en verre Corning Gorilla devant l'écran pour inscrire des dispositifs photoniques a été proposée par Lapointe et al. en13. À l’aide de l’écriture laser femtoseconde (fs) à 1 030 nm, ils ont démontré un guide d’ondes monomode à faible perte de 0,053 dB/cm à 1 550 nm. Ils ont également démontré un dispositif de mesure de l’indice de réfraction (RI) basé sur les pertes d’interaction du champ évanescent à la surface du verre14.