L'écriture laser femtoseconde comme vecteur d'intégration de la photonique au téléphone intelligent

L’intégration de structure photonique au téléphone intelligent au moyen de l’écriture au laser femtoseconde dans le verre de l’écran est une avenue afin de développer le potentiel de cette plate-forme technologique. La couche de verre formée de Gorilla glass® possède pour fonction primaire la protection de l’écran contre les intempéries et donc toute modification de son intégrité physique soulève la question à savoir si la fonction primaire se trouve compromise par la modification au laser femtoseconde (fs) du verre. Ainsi, la contrainte en rupture fut mesurée pour des échantillons sains et inscrits au laser fs pour plusieurs paramètres d’écriture (vitesse de 1 à 30 mm/s, énergie par impulsion de 0.495 à 1.32 μJ, profondeur de l’inscription de 20 à 200 μm et densité d’inscription par échantillon jusqu’à 50). Aucun changement significatif ne fut rapporté entre les échantillons vierges et inscrits du point de vue de l’analyse de Weibull et du test à deux paramètres de Kolmogorov-Smirnov. Parallèlement, dans l’espoir d’augmenter la valeur du changement d’indice de réfraction, un changement de régime d’écriture passant de 4 à 2 photons en doublant la fréquence du laser centré à 1030 nm, a été étudié. Une augmentation de 2 ordres de grandeur passant de Δn = 3 x 10-5 à Δn =1 x 10-3 est rapporté. Deux régimes d’écritures produisant des profils caractéristiques de changements d’indice ont été identifiés et sont respectivement régis par la présence d’accumulation thermique et la fluence. Plusieurs stratégies d’écriture de guide d’onde sont rapportées soit par inscription directe hors accumulation thermique, inscription directe avec accumulation thermique contrôlée, inscription de gaine et recouvrement dans le régime thermique. Le profil élancé des inscriptions causées par la filamentation est mis à contribution pour la production de volume de Raman-Nath (VRNG). Les paramètres d’écriture quant à la production de ces VRNG sont discutés en détail pour le verre des écrans, mais aussi dans une couche amovible d’aluminosilicate de verre protecteur d’écran. Afin de générer un spectromètre, un faible VRNG a été inscrit dans la couche amovible d’aluminosilicate placée devant la caméra frontale d’un téléphone Samsung Galaxy S21 FE. Une résolution optique de 3 nm et une résolution du détecteur de 0.4 nm/pixel ont été atteintes en utilisant le 2ième ordre de diffraction du VRNG de 3 μm de pas. La limite de détection en concentration de la rhodamine 6G en solution aqueuse fut mesurée à 0.5 mg/L ± 0.4 mg/L à titre démonstratif.