Los investigadores de Columbia Engineering han demostrado, por primera vez, un espectrómetro de doble peine basado en chip en el rango de infrarrojo medio, que no requiere partes móviles y puede adquirir espectros en menos de 2 microsegundos. El sistema, que consiste endos peines de frecuencia mutuamente coherentes, de bajo ruido y basados en microresonadores que abarcan 2600 nm a 4100 nm, podrían conducir al desarrollo de un laboratorio de espectroscopía en un chip para la detección en tiempo real en la escala de tiempo de nanosegundos.
"Nuestros resultados muestran el ancho de banda óptico más amplio demostrado para la espectroscopía de doble peine en una plataforma integrada", dijo Alexander Gaeta, profesor de física aplicada y ciencia de los materiales David M. Rickey y autor principal del estudio, publicado el 14 de mayo en Comunicaciones de la naturaleza .
Crear un dispositivo de detección espectroscópico en un chip que pueda realizar la detección de moléculas traza en tiempo real y de alto rendimiento ha sido un desafío. Hace unos meses, los equipos liderados por Gaeta y Michal Lipson, profesor de ingeniería eléctrica de Higgins, fueron los primerospara miniaturizar peines de doble frecuencia colocando dos generadores de peine de frecuencia en un solo chip de tamaño milimétrico. Han estado trabajando para ampliar el intervalo de frecuencia de los peines duales y para aumentar la resolución del espectrómetro ajustando las líneas del peine.
En este estudio actual, los investigadores se centraron en el rango de infrarrojo medio IR medio, que, debido a su fuerte absorción molecular es típicamente de 10 a 1,000 veces mayor que los del infrarrojo visible o cercano, es ideal para detectartrazas de moléculas. El rango de IR medio cubre efectivamente la "huella digital" de muchas moléculas.
El equipo realizó una espectroscopía de doble peine de infrarrojo medio utilizando dos dispositivos nanofotónicos de silicio como microresonadores. Sus dispositivos integrados permitieron la generación directa de luz infrarroja media de banda ancha y velocidades de adquisición rápidas para caracterizar la absorción molecular.
"Nuestro trabajo es un avance crítico para la espectroscopía de doble peine basada en chips para estudios de fase líquida / sólida", dijo Mengjie Yu, autor principal del artículo y estudiante de doctorado en el laboratorio de Gaeta. "Nuestro sistema óptico de banda ancha a escala de chip, esencialmente un laboratorio fotónico en un chip, es muy adecuado para la identificación de especies químicas y podría encontrar una amplia gama de aplicaciones en química, biomedicina, ciencia de materiales y control de procesos industriales ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Columbia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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