Средний инфракрасный спектр особенно полезен для ученых, потому что в этом диапазоне длин волн свет может обнаруживать частицы, которые играют важную роль в окружающей среде и здоровье человека. Однако до сих пор инфракрасные лазерные системы было трудно транспортировать, потому что они включают сложное, подверженное повреждению оборудование.
Новая технология, разработанная исследователями EPFL, может изменить правила игры. Команда взяла коммерчески доступный волоконный лазер и объединила его с микрометровым волноводным чипом, чтобы надежно генерировать световые волны в среднем инфракрасном спектре.
Затем они добавили спектрометр, чтобы продемонстрировать потенциал этого источника света, успешно обнаружив присутствие и концентрацию ацетилена, бесцветного и легковоспламеняющегося газа.
Как это работает?
В системе используется компактный и прочный волоконный лазер, излучающий свет в определенном диапазоне длин волн. Луч направляется через волновод размером один микрометр (0.001 мм) в диаметре и полмиллиметра в длину, что может изменять частоту света при его прохождении через. Система излучает свет в средней инфракрасной области спектра, сохраняя 30% исходной мощности сигнала. Исследователи могут даже настроить длину волны света, отрегулировав геометрию волновода.
«Это устройство устанавливает новый стандарт эффективности», – говорит Давид Грассани, один из авторов статьи. "Это первый случай, когда кто-либо создал полностью интегрированный спектроскопический лазерный источник. Это избавляет от кропотливого процесса точного выравнивания всех деталей в обычной лазерной системе."
Прорыв произошел после того, как команда доработала ключевые аспекты конструкции системы – геометрию и материал волновода, а также длину волны исходного лазерного источника. «Создание такой простой, но эффективной и надежной системы потребовало большого количества проектных работ», – говорит Камилла Брес, координатор проекта и руководитель лаборатории фотонных систем, входящей в Инженерную школу EPFL.
Встроенная спектроскопия
Этот прогресс открывает путь для миниатюрных технологий среднего ИК-диапазона – диапазона длин волн, с которым ученым редко удается работать. «После того, как мы доработаем систему, мы сможем увидеть детекторы на кристалле, которые ученые могут легко использовать в полевых условиях», – добавляет Брес.
Эта технология основана на исследованиях, проведенных в Лаборатории фотонных систем, возглавляемой Камилл Брес, и Лаборатории фотоники и квантовых измерений, возглавляемой Тобиасом Киппенбергом (STI / SB).