La mayoría de los láseres tienen un solo color. Todos los fotones que emite tienen exactamente la misma longitud de onda. Sin embargo, también hay láseres cuya luz es más complicada. Si consta de muchas frecuencias diferentes, con intervalos iguales en el medio, al igual que los dientesde un peine, se conoce como "peine de frecuencia". Los peines de frecuencia son perfectos para detectar una variedad de sustancias químicas.
En TU Wien Viena, este tipo especial de luz láser ahora se utiliza para permitir el análisis químico en espacios pequeños: es un laboratorio de química de formato milimétrico. Con esta nueva tecnología pendiente de patente, se pueden crear peines de frecuencia enun solo chip de una manera muy simple y robusta. Este trabajo ahora se ha presentado en la revista Fotónica de la naturaleza .
Un peine con un Premio Nobel
Los peines de frecuencia han existido durante años. En 2005, el Premio Nobel de Física fue otorgado por esto. "Lo emocionante de ellos es que es relativamente fácil construir un espectrómetro con dos peines de frecuencia", explica Benedikt Schwarz, quiendirige el proyecto de investigación. "Es posible utilizar ritmos entre diferentes frecuencias, similares a las que se producen en acústica, si escuchas dos tonos diferentes con una frecuencia similar. Utilizamos este nuevo método, ya que no requiere ningún movimientopartes y nos permite desarrollar un laboratorio de química en miniatura a escala milimétrica "
En la Universidad Tecnológica de Viena, los peines de frecuencia se producen con láseres de cascada cuántica. Estos láseres especiales son estructuras semiconductoras que consisten en muchas capas diferentes. Cuando se envía corriente eléctrica a través de la estructura, el láser emite luz en el rango infrarrojo.Las propiedades de la luz se pueden controlar ajustando la geometría de la estructura de la capa.
"Con la ayuda de una señal eléctrica de una frecuencia específica, podemos controlar nuestros láseres cuánticos en cascada y hacer que emitan una serie de frecuencias de luz, que están todas juntas", dice Johannes Hillbrand, primer autor de la publicación.El fenómeno es una reminiscencia de las oscilaciones en un marco oscilante: en lugar de empujar oscilaciones individuales, uno puede hacer que el andamio se tambalee en la frecuencia correcta, haciendo que todas las oscilaciones oscilen en ciertos patrones acoplados ". La gran ventaja de nuestra tecnología es la robustez deel peine de frecuencia ", dice Benedikt Schwarz. Sin esta técnica, los láseres son extremadamente sensibles a las perturbaciones, que son inevitables fuera del laboratorio, como fluctuaciones de temperatura o reflejos que envían parte de la luz al láser." Nuestra tecnologíapuede realizarse con muy poco esfuerzo y, por lo tanto, es perfecto para aplicaciones prácticas incluso en entornos difíciles. Básicamente, los componentes que necesitamos se pueden encontrar en cada teléfono móvil,"dice Schwarz.
La huella molecular
El hecho de que el láser de cascada cuántica genera un peine de frecuencia en el rango infrarrojo es crucial, porque muchas de las moléculas más importantes pueden ser mejor detectadas por la luz en este rango de frecuencia ". Varios contaminantes del aire, pero también biomoléculas, que juegan unEl papel importante en el diagnóstico médico es absorber frecuencias de luz infrarroja muy específicas. Esto a menudo se conoce como la huella digital óptica de la molécula ", explica Johannes Hillbrand." Entonces, cuando medimos, qué frecuencias infrarrojas son absorbidas por una muestra de gas, podemosdiga exactamente qué sustancias contiene "
Mediciones en el microchip
"Debido a su robustez, nuestro sistema tiene una ventaja decisiva sobre todas las demás tecnologías de peine de frecuencia: puede miniaturizarse fácilmente", dice Benedikt Schwarz. "No necesitamos sistemas de lentes, ni piezas móviles ni aisladores ópticos, lo necesariolas estructuras son pequeñas. Todo el sistema de medición puede acomodarse en un chip en formato milimétrico ".
Esto da como resultado ideas de aplicación espectaculares: uno podría colocar el chip en un dron y medir los contaminantes del aire. Los chips pegados a la pared podrían buscar rastros de sustancias explosivas en los edificios. Los chips podrían usarse en equipos médicos para detectar enfermedades mediante el análisisquímicos en el aire respiratorio.
La nueva tecnología ya ha sido patentada. "Otros equipos de investigación ya están muy interesados en nuestro sistema. Esperamos que pronto se use no solo en la investigación académica, sino también en aplicaciones cotidianas", dice Benedikt Schwarz.
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Materiales proporcionados por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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