Onderzoekers van EPFL hebben een nieuwe midden-infraroodlichtbron bedacht die broeikasgassen en andere gassen kan detecteren. evenals moleculen in de adem van een persoon. Het compacte systeem, die lijkt op een kleine koffer, bestaat uit slechts twee onderdelen:een standaard laser samen met een fotonische chip van enkele millimeters groot. Het onderzoek wordt gedetailleerd beschreven in een artikel gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Het midden-infrarood spectrum is vooral nuttig voor wetenschappers omdat, bij dit golflengtebereik, licht kan deeltjes detecteren die een belangrijke rol spelen in het milieu en de menselijke gezondheid. Tot nu, echter, Infraroodlasersystemen zijn moeilijk te transporteren gebleken omdat ze complexe, schadegevoelige hardware.

De nieuwe technologie, ontwikkeld door onderzoekers van EPFL, zou een game-changer kunnen zijn. Het team nam een ​​in de handel verkrijgbare fiberlaser en combineerde deze met een micrometergolfgeleiderchip om op betrouwbare wijze lichtgolven te genereren in het midden-infraroodspectrum. Vervolgens voegden ze een spectrometer toe om het potentieel van deze lichtbron aan te tonen, met succes de aanwezigheid en concentratie van acetyleen detecteren, een kleurloos en licht ontvlambaar gas.

Hoe werkt het?

Het systeem maakt gebruik van een compacte en robuuste fiberlaser die licht uitzendt in een specifiek golflengtebereik. De bundel wordt door een golfgeleider geleid, met een diameter van één micrometer (0,001 mm) en een lengte van een halve millimeter, die de frequentie van het licht kan veranderen als het er doorheen gaat. Het systeem produceert licht in het midden-infraroodspectrum, met behoud van 30% van de oorspronkelijke signaalsterkte. De onderzoekers kunnen zelfs de golflengte van het licht afstemmen door de geometrie van de golfgeleider aan te passen.

"Dit apparaat zet een nieuwe maatstaf voor efficiëntie, " zegt Davide Grassani, een van de auteurs van het artikel. "Dit is de eerste keer dat iemand een volledig geïntegreerde spectroscopische laserbron heeft gemaakt. Het maakt een einde aan het moeizame proces van het nauwkeurig uitlijnen van alle onderdelen in een conventioneel lasersysteem."

De doorbraak kwam nadat het team de belangrijkste aspecten van het ontwerp van het systeem had verfijnd:de geometrie en het materiaal van de golfgeleider, en de golflengte van de oorspronkelijke laserbron. "Het bedenken van zo'n eenvoudig maar efficiënt en stevig systeem vergde veel ontwerpwerk, " zegt Camille Brès, projectcoördinator en hoofd van het Photonic Systems Laboratory, onderdeel van EPFL's School of Engineering.

Spectroscopie op de chip

Deze vooruitgang maakt de weg vrij voor geminiaturiseerde mid-IR-technologieën - een golflengtebereik waar wetenschappers zelden mee aan de slag gaan. "Zodra we het systeem verder hebben ontwikkeld, we zouden heel goed on-chip detectoren kunnen zien die wetenschappers gemakkelijk in het veld kunnen uitvoeren, ", voegt Bres toe.