Onderzoekers onder leiding van EPFL hebben optische holtes van ultrahoge kwaliteit gebouwd voor het ongrijpbare midden-infrarode spectrale gebied, de weg vrijmaken voor nieuwe chemische en biologische sensoren, maar ook veelbelovende technologieën.

Het midden-infrarood spectrale venster, aangeduid als "moleculair vingerafdrukgebied, " omvat lichtgolflengten van 2,5 tot 20 m. Het is een virtuele goudmijn voor spectroscopie, chemische en biologische detectie, materiaal kunde, en industrie, omdat het het bereik is waar veel organische moleculen kunnen worden gedetecteerd. Het bevat ook twee bereiken die transmissie van signalen door de atmosfeer mogelijk maken zonder vervorming of verlies. Een manier om het potentieel van het midden-infrarode spectrale venster te benutten, is door optische holtes te gebruiken, dat zijn micro-apparaten die het licht voor langere tijd beperken. Echter, dergelijke apparaten zijn momenteel onontgonnen vanwege technologische uitdagingen op deze golflengte. Onderzoekers onder leiding van EPFL zijn deze uitdaging aangegaan en hebben met succes aangetoond dat kristallijne materialen kunnen worden gebruikt om optische holtes van ultrahoge kwaliteit te bouwen voor het midden-infrarode spectrale gebied, vertegenwoordigt de hoogste waarde die tot nu toe is bereikt voor elk type mid-infrarood resonator en vestigt een nieuw record in het veld. t

zijn ongekende werk is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Caroline Lecaplain en Clément Javerzac-Galy van het laboratorium van Tobias J. Kippenberg bij EPFL leidden de onderzoeksinspanningen, samen met collega's van het Russische Quantum Center. Om deze microholtes van ultrahoge kwaliteit te maken, de wetenschappers gebruikten aardalkalimetaalfluoridekristallen die ze handmatig polijstten. Ze ontwikkelden ongecoate chalcogenide taps toelopende vezels om midden-infrarood licht van een continue golf Quantum Cascade Laser (QCL) efficiënt te koppelen aan hun kristallijne microholtes. Eindelijk, Cv-ring-down spectroscopietechnieken stelden het team in staat om ondubbelzinnig ultrahoge kwaliteit resonatoren diep in het midden-infrarode spectrale bereik te demonstreren.

Even belangrijk, de wetenschappers laten ook zien dat de kwaliteitsfactor van de microholte wordt beperkt door de absorptie van meerdere fononen. Dit is een fenomeen waarbij fononen - quasideeltjes gemaakt van energie en trillingen in het kristal van de holte - gelijktijdig op elkaar inwerken en de lichtopsluiting verstoren.

Dit werk markeert een mijlpaal op het gebied van mid-infraroodmaterialen, omdat het voor het eerst toegang geeft tot ultrahoge resonatoren. Het is een belangrijke stap in de richting van een compacte frequentiegestabiliseerde laser in het midden-infrarood, die een grote impact kunnen hebben op toepassingen zoals moleculaire spectroscopie, chemische detectie en biodetectie.