Development of an Optofluidic Platform in Lithium Niobate

L’optofluidica è un promettente settore di ricerca interdisciplinare con altrettante interessanti applicazioni tecnologiche. Questo grazie al suo ampio potenziale in settori quali la medicina, la chimica, la biologia e le scienze ambientali. In questo contesto uno studio di materiali innovativi che includa le loro proprietà, la loro efficienza, i loro limiti e la loro possibilità di produrre dispositivi miniaturizzati è fondamentale per superare le attuali strategie adottate. Un materiale promettente per soddisfare i requisiti dell’optofluidica è il Niobato di Litio (LN o LiNbO3), un materiale conosciuto per le sue eccellenti proprietà ottiche lineari e non lineari e che qui discutiamo per la prima volta in un contesto optofluidico. In questo lavoro abbiamo dimostrato l’applicabilità del Niobato di Litio come substrato altamente integrabile e adattabile per l’optofluidica. Abbiamo infatti sviluppato tutti i diversi stadi che possono essere interconnessi per realizzare una piattaforma con funzionalità complesse optofluidiche: dalla produzione di gocce, alla loro manipolazione, al loro trasporto in canali microfluidici realizzati nel cristallo, fino all’analisi ottica delle stesse. In particolare nella tesi sono presentati il primo generatore di gocce a giunzione a T completamente fabbricato su Niobato di Litio e la prima guida d’onda a canale in Titanio diffuso accoppiata con un canale. Infine abbiamo proposto il primo studio completo sulla bagnabilità del Niobato di Litio. Per quanto riguarda lo stadio ottico, abbiamo realizzato dei convertitori di frequenza ottica, dispositivi che giocano un importante ruolo nel progetto, in quanto possono essere usati come sorgenti laser integrate con emissione nell’intervallo verde-blu, uno spettro che trova molte applicazioni nell’ambito biologico. In questo contesto abbiamo realizzato il primo convertitore di frequenza con configurazione PPLN realizzato su Niobato di Litio drogato Zirconio, un nuovo tipo di drogante che prevenendo il danno ottico è in grado di aumentare l’intensità di lavoro e l’efficienza di conversione di questi dispositivi. Abbiamo infine implementato il processo per produrre guide ottiche a canale monomodo per diffusione di Titanio, dispositivi necessari per connettere le diverse parti del circuito ottico. In conclusione con questo lavoro abbiamo implementato un’ampia categoria di dispositivi, per la prima volta tutti contemporaneamente integrabili su un singolo substrato. Abbiamo perciò aperto la strada verso un’elevata integrazione di funzionalità optofluidiche su Niobato di Litio.