Νέοι φωτονικοί αισθητήρες στην ανίχνευση μαγνητικών πεδίων από το ΙΤΕ

Ερευνητικά αποτελέσματα του Ινστιτούτου Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΗΔΛ/ΙΤΕ) που αφορούν την ανάπτυξη Μαγνητο-ευαίσθητων Φωτονικών Διατάξεων σε Μικροδομημένες Οπτικές Ίνες συμπεριλαμβάνονται στις πιο σημαντικές ανακαλύψεις στη Φωτονική που δημοσίευσε πρόσφατα ο διεθνής οργανισμός Optical Society of America (OSA). Πρόκειται για αποτελέσματα της ερευνητικής ομάδας του Δρ Σταύρου Πισσαδάκη, Ερευνητή Β' Βαθμίδας, που έχουν δημοσιευτεί στα διεθνή περιοδικά Optics Express και Optics Letters και έχουν προβληθεί από τις παγκόσμιες επιστημονικές οργανώσεις Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) και Materials Research Society (MRS).

Η αξιοποίηση αυτών των νέων τεχνολογιών μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικές εφαρμογές, σε τομείς όπως η Ιατρική, η Ιατροδικαστική, οι Διαστημικές και Αμυντικές Τεχνολογίες. Σημαντικό μέρος της πειραματικής εργασίας υλοποίησε ο διδακτορικός φοιτητής Alessandro Candiani, σε συνεργασία με την επιστημονική συνεργάτιδα Δρ Μαρία Κωνσταντάκη, ενώ καθοριστική ήταν η συμβολή του Δρ Walter Margulis από το ερευνητικό ίδρυμα ACREO της Σουηδίας.

Οι μικρο-δομημένες οπτικές ίνες αποτελούν ένα εξελιγμένο είδος γυάλινων, οπτικών καλωδίων, των οποίων το μήκος διατρέχουν μικροσκοπικά κανάλια διαμέτρου μερικών εκατομμυριοστών του μέτρου και τα οποία κανάλια μπορούν να διηθηθούν με υγρά και αέρια υλικά, αλληλεπιδρώντας άμεσα με το φως το οποίο διαδίδεται μέσα σε αυτές. Το πεδίο των μικροδομημένων οπτικών ινών έχει αναδυθεί τα τελευταία 15 χρόνια, ως ένα από τα σημαντικότερα πεδία της Φωτονικής Επιστήμης και Τεχνολογίας, προσφέροντας λύσεις σε προβλήματα μεταφοράς και διαχείρισης οπτικής πληροφορίας, βιο-αισθητήρων και πηγών λέιζερ υψηλής ισχύος.

Αντίστοιχα, η τεχνολογία των μαγνητορευστών αφορά σε σύνθετα, αδιαφανή υγρά τα οποία εμπεριέχουν μαγνητικά νανο-σωματίδια, με εφαρμογές στη διαστημική και αμυντική τεχνολογία, στα συστήματα ήχου, όπως επίσης στον διαχωρισμό βιο-υλικών και στην ανίχνευση πρωτεϊνών και ιών. Τα μαγνητορευστά υπό την επίδραση μαγνητικού πεδίου, αποκτούν το σχήμα του εφαρμοζόμενου πεδίου και συμπεριφέρονται σχεδόν σαν στερεά υλικά, επιτρέποντας την εύκολη μετακίνηση και οπτική διαχείριση τους.

Η ερευνητική ομάδα του Σταύρου Πισσαδάκη, συνδύασε τα πλεονεκτήματα των δύο παραπάνω 'ασύμβατων' τεχνολογιών αιχμής για να αναπτύξει υβριδικές μικρο-φωτονικές διατάξεις, οι οποίες επιδεικνύουν νέες δυνατότητες ανίχνευσης και αλληλεπίδρασης του μαγνητικού πεδίου με το φως, εντός μίας μικροδομημένης οπτικής ίνας με διάμετρο διπλάσια από ότι μία ανθρώπινη τρίχα.

Η μικροδομημένη οπτική ίνα, η οποία χρησιμοποιήθηκε στα εν λόγω πειράματα, σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε από την ερευνητική ομάδα του Δρ Walter Margulis από το ερευνητικό ίδρυμα ACREO της Σουηδίας. Η αλληλεπίδραση των μαγνητορευστών με το φως το οποίο διαδίδεται μέσα στις μικροδομημένες οπτικές ίνες οδήγησε στην πραγμάτωση νέων διατάξεων αισθητήρων με μοναδικές ικανότητες ανίχνευσης μαγνητικού πεδίου, όπως επίσης κίνησης και ροής υγρών σε μικροσκοπικό επίπεδο.

Η ερευνητική ομάδα του ΙΤΕ έχει ήδη αναπτύξει και εξελίξει διατάξεις ευαίσθητων μικρο-αισθητήρων οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μαγνητόμετρα δορυφόρων, σε μετασχηματιστές ρεύματος μεγάλης ισχύος και στην παρακολούθηση μαγνητικών βαλβίδων και relay. Πρόσφατα, αξιοποιώντας τις δυνατότητες της συγκεκριμένης τεχνολογίας, οι A. Candiani και Σ. Πισσαδάκης ανέπτυξαν, σε εργαστηριακό επίπεδο, έναν νέου τύπου αισθητήρα πίεσης και διάτμησης, ευρείας δυναμικής περιοχής, με άμεση εφαρμογή στην ανίχνευση καταπονήσεων δερματικού ιστού σε τεχνητά ανθρώπινα μέλη και σε κλίνες αποκατάστασης εξελκώσεων κατάκλισης.

Η ομάδα εργάζεται σήμερα για την ανάπτυξη συστημάτων ολοκληρωμένων αισθητήρων, εδραιώνοντας το πρωτόκολλο σχεδιασμού 'Εργαστήριο-εντός-της-ίνας' (Lab-in-fibre), συμπτύσσοντας βιοχημικές μετρήσεις σε μικροσκοπικό επίπεδο. Σε ένα τέτοιο πρωτόκολλο θα χρησιμοποιούνται βιο-τροποποιημένα, μαγνητορευστά για την ανίχνευση μικροβίων και ιών ακόμα και σε δείγματα όγκου λίγων νανο-λίτρων, διευρύνοντας τις πιθανές εφαρμογές της τεχνολογίας των Μαγνητο-ευαίσθητων Φωτονικών Διατάξεων Μικροδομημένων Οπτικών Ινών σε δύσκολα προβλήματα, τεχνολογικής αιχμής στους τομείς της Ιατρικής, Ιατροδικαστικής, και Ασφάλειας.

Περισσότερες πληροφορίες παρέχονται από το Εργαστήριο Φωτονικών Υλικών και Διατάξεων, ΙΗΔΛ-ΙΤΕ (Σταύρος Πισσαδάκης, Ερευνητής Β' Βαθμίδας, Τηλ.: 2810391348, Email: pissas@iesl.forth.gr, http://www.iesl.forth.gr/users/pmdl).