"È come una piccola fornace."

L'ingegnere Ming Han sta descrivendo una delle ultime prodezze della sua squadra:un laser riscaldato, dispositivo a fibra ottica con punta in silicio che può avvicinarsi a 2, 000 gradi Fahrenheit, passando dalla temperatura ambiente a 300 gradi in frazioni di secondo.

E per "piccolo, " Han significa microscopico - un decimo di millimetro di diametro, all'incirca lo spessore di un foglio di carta.

La capacità di riscaldamento del dispositivo potrebbe trovare impiego in contesti che vanno dal monitoraggio dei gas serra alla preparazione dei campioni per la ricerca biologica alla produzione di microbolle per applicazioni mediche o industriali. Agisce anche come un termometro le cui prestazioni a temperature estreme gli consentirebbero di monitorare la temperatura negli ambienti esigenti di motori e centrali elettriche, ha detto Han.

"Abbiamo un'elegante struttura del sensore con un meccanismo di riscaldamento molto efficiente, " ha detto Han, professore associato di ingegneria elettrica e informatica. "In altri dispositivi, l'elemento riscaldante e l'elemento sensibile alla temperatura sono generalmente due elementi diversi. Qui, li abbiamo integrati entrambi nella stessa minuscola struttura."

Il design si è evoluto dal precedente lavoro di Han su un sensore di temperatura in fibra ottica adatto per l'oceanografia. Come il nuovo design, quel sensore presentava un microscopico pilastro di silicio attaccato all'estremità delle fibre ottiche, fili di vetro flessibili che trasmettono segnali luminosi a velocità estreme. Ma la colla che univa il silicio e le fibre ottiche si sarebbe ammorbidita a circa 200 gradi Fahrenheit, limitandone l'uso a temperature più elevate.

"Poi abbiamo avuto una svolta, "Ha detto Han.

Dopo aver incollato nuovamente la fibra ottica e il pilastro in silicone con la colla, il team ha utilizzato un arco di corrente elettrica estremamente caldo, essenzialmente un fulmine prolungato, per fondere un altro filo di fibra ottica con il lato opposto del pilastro. Il processo ha contemporaneamente ammorbidito la colla sull'altro lato e staccato il filo in fibra ottica originale, lasciando solo il dispositivo appena fuso.

Da li, Il team di Han ha alimentato due lunghezze d'onda della luce attraverso la fibra ottica:una è un laser da 980 nanometri che viene assorbito dal silicio, l'altro una lunghezza d'onda di 1550 nanometri che lo attraversa.

Poiché il laser assorbito produce calore, la sua potenza telecomandata determina la temperatura del dispositivo. Nel frattempo, le lunghezze d'onda maggiori che entrano nel silicio vengono parzialmente riflesse dalle due estremità del pilastro e iniziano ad interferire tra loro. Questi schemi di interferenza cambiano con la temperatura del silicio, rendendo le loro letture un termometro preciso e reattivo.

Han e il co-designer Guigen Liu, un ricercatore post-dottorato in ingegneria elettrica e informatica, ha affermato che la capacità del dispositivo di generare un'ampia gamma di lunghezze d'onda nella gamma dell'infrarosso vicino e lontano potrebbe rivelarsi particolarmente utile nel rilevare i gas in base a come interagiscono con quelle onde. E la capacità di misurare e regolare la sua temperatura, Han ha detto, conferisce al dispositivo una versatilità funzionale ineguagliata dai microriscaldatori esistenti.

"Abbiamo ancora molto lavoro da fare per migliorarlo, " ha detto. "Ma questa è una tecnologia molto promettente che ha molte applicazioni interessanti".