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光電/顯示技術  

伸縮光學電路實現可穿戴式人體感測器網路

上網時間: 2014年02月25日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:光學電路  感測器  PDMS  光學互連  連接器 

比利時根特大學(Ghent University)的研究人員們聲稱採用可彎曲也能伸縮的互連開發出首款光學電路,可望作為發展可穿戴式人體感測器與機器人表皮的理想應用。

這種互連採用透明的聚二甲基矽氧烷(PDMS)材料製造,即使拉伸達30%或讓物體表面順著手指彎曲一圈時,這種彈性的光學互連仍然能夠沿著原有路徑導光。

透過將這種彈性化的互連以及一端的光源與另一端的探測器整合於電路中,研究人員們開發出一種可伸縮、可彎曲的微型「鏈接」,從而可加以整合於光學傳輸系統中。

在根特大學與比利時微電子研究中心(imsc)主導這項研究的Jeroen Missinne表示,「據我們所知,這的確是第一個尺寸如此微小且真正可彎曲、可伸縮的光學鏈路。」

在此之前,研究人員們已經採用不同的橡膠材料開發出光學互連(也稱為光導波導)了。但是,截至目前為止,研究人員們表示,還沒有辦法找到一種方法能讓這些材料得以傳送光線又能伸縮。過去的研究甚至還包括將半剛性玻璃纖維製造的波導嵌入可伸縮的材料中。在此新的研究方法中,這種可伸縮的材料本身就是波導。

新的連接器由採用 PDMS 製造的兩種材料組成:一是可讓光通過的透明核心,在其周圍則是另一層具有較低折射率的透明 PDMS ,其特點在於可讓光通過。該配置可使光穿過時「陷入」波導核心,從而使其沿著指定路徑與方向傳輸。

比利時的研究團隊們也已經測試過在發生太多光線損失以前,這種新式光學連接器能夠彎曲和伸展的程度。

Missinne說,「讓我們感到驚訝的是拉伸對於波導的影響並不大,而且他們的機械性能又非常好。」研究人員們甚至以10%的伸長率進行80,000次的機械拉伸,也絲毫不影響材料性能或光傳導效率。

「如果你無法讓光導入並在另一端收集光線,波導就沒什麼用了。如果你想實現真正的伸縮光纖鏈路,光源和探測器就必須與具伸縮性的波導整合在一起,」Missinne說 。在此情況下, VCSEL 經常作為光纖通訊中的光源,而光電二極體則作為探測器。這樣的配置可讓研究團隊打造出第一個真正的伸縮光學互連連接器。

整合VCSEL、光電二極體與PDMS波導的完整可伸縮光纖鏈路
整合VCSEL、光電二極體與PDMS波導的完整可伸縮光纖鏈路
(來源:Ghent University)

這種新式光學鏈路的未來應用可能包括可穿戴式人體感測器、活動式機器元件(如機器人的四肢)以及可任意變形的消費性電子產品。同時,該研究團隊正計劃打造出更小型的波導,使其得以縮小至50mm或甚至僅幾微米的直徑大小,不過,這可能還得重新設計在波導中使光進出的元件。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Stretchable optical circuit enables wearable body sensor networks,by Paul Buckley)





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