Forskare vid EPFL har tagit fram en ny mitten infraröd ljuskälla som kan upptäcka växthus och andra gaser, liksom molekyler i en persons andedräkt. Det kompakta systemet, som liknar en liten resväska, innehåller bara två delar:en standardlaser tillsammans med ett fotoniskt chip som mäter några millimeter. Forskningen är detaljerad i en artikel publicerad i Naturkommunikation .

Det mellersta infraröda spektrumet är särskilt användbart för forskare eftersom, vid detta våglängdsområde, ljus kan upptäcka partiklar som spelar en viktig roll i miljön och människors hälsa. Tills nu, dock, infraröda lasersystem har visat sig vara svåra att transportera eftersom de involverar komplexa, skadlig hårdvara.

Den nya tekniken, utvecklat av forskare vid EPFL, kan vara en spelväxlare. Teamet tog en kommersiellt tillgänglig fiberlaser och kombinerade den med ett mikrometer vågledarchip för att på ett tillförlitligt sätt generera ljusvågor i det mellersta infraröda spektrumet. De lade sedan till en spektrometer för att demonstrera potentialen hos denna ljuskälla, framgångsrikt upptäcka närvaro och koncentration av acetylen, en färglös och mycket brandfarlig gas.

Hur fungerar det?

Systemet använder en kompakt och robust fiberlaser som avger ljus i ett specifikt våglängdsområde. Strålen riktas genom en vågledare, mäter en mikrometer (0,001 mm) över och en halv millimeter lång, som kan förändra ljusets frekvens när det passerar igenom. Systemet producerar ljus i det mellersta infraröda spektrumet, behåller 30% av den ursprungliga signalstyrkan. Forskarna kan till och med ställa in ljusets våglängd genom att justera vågledarens geometri.

"Denna enhet sätter ett nytt riktmärke för effektivitet, "säger Davide Grassani, en av författarna till tidningen. "Det här är första gången någon har skapat en helt integrerad spektroskopisk laserkälla. Det gör bort den noggranna processen med att precis anpassa alla delar i ett konventionellt lasersystem."

Genombrottet kom efter att teamet förfinat viktiga aspekter av systemets design - vågledargeometri och material, och våglängden för den ursprungliga laserkällan. "Att komma på ett så enkelt men effektivt och robust system innebar mycket designarbete, "säger Camille Brès, projektkoordinator och chef för Photonic Systems Laboratory, del av EPFL:s tekniska högskola.

Spektroskopi på chip

Detta framsteg banar väg för miniatyriserad mid-IR-teknik-ett våglängdsområde som forskare sällan får arbeta med. "När vi har utvecklat systemet ytterligare, vi kunde mycket väl se on-chip-detektorer som forskare enkelt kan utföra i fältet, "tillägger Brès.