Todos los compuestos químicos llevan "huellas digitales" de absorción distintivas dentro de la región espectral del infrarrojo medio de 2 a 12 micras. Esto ofrece la oportunidad de medir y estudiar productos químicos a niveles extremadamente sensibles, pero los investigadores carecen de las herramientas, como láseres y detectores, necesarios paraoperar dentro del infrarrojo medio. Recientemente, ha habido un impulso para desarrollar nuevas herramientas para ayudar a ver y medir estos compuestos químicos con mayor detalle.
En un avance, un grupo de investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología desarrolló una fuente de láser con chip de silicio con salidas que consisten en líneas ópticas definidas con precisión y equidistantes dentro de la región espectral del infrarrojo medio. Informan suhallazgos en APL Photonics , de AIP Publishing.
Estos láseres, llamados peines de frecuencia, "actúan como 'gobernantes' de la luz y tienen numerosas aplicaciones, desde la transferencia de estándares de tiempo y la mejora de las señales de GPS hasta la espectroscopía de precisión", dijo Nima Nader, investigadora postdoctoral del NIST.
Para aplicaciones espectroscópicas, este tipo de fuente de luz coherente puede pasar a través de una celda de muestra que contiene gases desconocidos. Estos gases absorben parte de la luz y dejan huellas digitales en líneas de peine muy específicas. Los investigadores pueden verificar estas líneas en una base de datos de gases paraIdentificar los productos químicos específicos presentes.
Más allá de esto, la naturaleza coherente de la fuente láser "permite la propagación de luz a larga distancia para que las muestras químicas puedan estudiarse de forma remota, sin contacto directo", dijo Nader. "Y dado que los peines de frecuencia son fuentes láser estabilizadas, pueden detectar muybajos niveles de productos químicos y mejorar la sensibilidad de nuestras mediciones "
Estas fuentes se fabrican en una plataforma fotónica integrada compacta, basada en silicio, que permite que cientos de dispositivos, en este caso, peines de frecuencia, se fabriquen en un único troquel de área pequeña.
"Cada dispositivo está diseñado para generar un espectro infrarrojo medio de líneas ópticas en forma de peine con forma espectral, ancho de banda y distribución de potencia óptica a medida", dijo Nader.
Estas fuentes láser son "tan coherentes y de bajo ruido como los peines de frecuencia convencionales desarrollados antes de nuestro trabajo", dijo Nader. "También informamos, por primera vez, la espectroscopía de doble peine de una muestra de gas con un infrarrojo mediofuente de peine de frecuencia que explota una plataforma de silicio-fotónico "
Estos desarrollos mejoran las técnicas convencionales como la espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier. Un peine de frecuencia de infrarrojo medio práctico, de banda ancha y bajo nivel de ruido con potencia moderada y espectro diseñado puede mejorar la precisión de la frecuencia, la sensibilidad y las tasas de adquisición de datos de nivel medioespectroscopia infrarroja.
"Nuestros espectros multibanda controlados y diseñados por el usuario son ideales para aplicaciones en las que se desea la operación paralela de múltiples bombas, como sensores de punto para monitoreo de síntesis química in situ en tiempo real, microscopía de campo cercano y teledetección", dijo Nader"Estos sensores pueden aumentar significativamente la sensibilidad de detección de herramientas y técnicas como analizadores de aliento, detección de cáncer, rastreo y detección de explosivos y monitoreo de síntesis de drogas".
El siguiente paso es llevar el ancho de banda óptico de los peines de frecuencia del NIST a longitudes de onda infrarrojas más largas y potencias ópticas más altas. "También estamos trabajando para reducir su huella y consumo de energía para crear sistemas compactos con eficiencia mejorada", dijo Nader.
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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