来自瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的研究人员展示了一种在聚二甲基硅氧烷(PDMS)平板(可选物质)中制造紧凑低损耗光波导的新技术。该方法利用飞秒写入激光器在嵌入PDMS的光反应单体中激发双光子吸收。双光子吸收在单体分子中产生足够的能量来触发链式聚合反应，从而无需使用可能有毒得光引发剂化合物。所得到的聚合波导比周围的PDMS具有更高的折射率(RI)，使其在限制光方面更加有效，并且具有比光引发剂制备的波导更简单的化学结构，使其在生物医学方面具有潜在的应用价值。
PDMS中的无光引发剂波导
       EPFL团队使用了一个主客系统，并优化了多光子激光直写来制作它的光波导。研究人员之所以选择PDMS作为“宿主”，是因为该弹性介质在光谱范围内是透明的，具有优异的化学稳定性和热稳定性。他们选择苯基乙炔作为“客体”是因为苯基乙炔是一种光反应单体，可溶于PDMS，无需光引发剂即可聚合，聚合后折射率高。
       为了让客体融入宿主，研究人员将PDMS平板浸入含有苯乙炔的溶液中24小时。为了切割波导，他们将60mw 的飞秒Ti:蓝宝石激光器调谐到680 nm，通过双光子吸收在PDMS平板上激发苯乙炔的聚合反应。采用二色镜引导激光束沿所要求的三维波导方向运动。 双光子吸收在苯乙炔单体分子中产生足够的能量来激发光聚合，而不需要光引发剂产生能量。光引发剂可以提高光反应单体的光吸收效率，但它们也增加了由此生成波导的化学复杂性，并且光引发剂在某些情况下可能是有毒的，所以禁止在活体内使用。
       聚合苯乙炔比PDMS有更高的折射率，使得它能够更有效地限制波导内的光。在实验验证中，研究者们发现他们的1.3µm厚的光波导样品的透射损耗只有0.07%每厘米且只在存在于650 nm—700 nm的光谱带中。
下一步:优化和应用
       EPFL的研究人员希望通过优化控制系统来改进他们的制造工艺，从而减少激光写入过程中的材料损伤。通过优化设置，他们有望可以创建小于1µm厚的波导。
       目前，他们正在研制一种直径小于1毫米的柔性内窥镜，其波导阵列采用PDMS技术。研究小组成员在OSA的一份新闻稿中说，“这样一个小的、机械灵活的内窥镜，可以使许多难以触及的身体部位成像，以便在临床诊断，或在微创手术中进行监控。”另外，波导还有的其他潜在应用包括生物传感器、微流控流式细胞仪、电弹性光调制器、柔性光电路板、可穿戴和可植入光子器件以及光神经元刺激。

研究人员使用多光子激光直写在硅树脂中创建薄波导，可用于传输各种传感器中的光。[图片来源：瑞士洛桑联邦理工学院Ye Pu]

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