Optager et undvigende spektrum af lys

Forskere under ledelse af EPFL har bygget optiske hulrum af ultrahøj kvalitet til det undvigende melleminfrarøde spektrale område, baner vejen for nye kemiske og biologiske sensorer, samt lovende teknologier.

Midt-infrarødt spektralvindue, kaldet "molekylær fingeraftryksregion, "inkluderer lysbølgelængder fra 2,5 til 20 μm. Det er en virtuel guldgrube til spektroskopi, kemisk og biologisk sansning, materialevidenskab, og industrien, da det er området, hvor mange organiske molekyler kan påvises. Den indeholder også to områder, der tillader transmission af signaler gennem atmosfæren uden forvrængning eller tab. En måde at udnytte potentialet i det melleminfrarøde spektrale vindue på er at bruge optiske hulrum, som er mikroenheder, der begrænser lys i længere tid. Imidlertid, sådanne enheder er i øjeblikket uudforsket på grund af teknologiske udfordringer ved denne bølgelængde. Forskere under ledelse af EPFL har taget denne udfordring til sig og med succes vist, at krystallinske materialer kan bruges til at bygge optiske hulrum af ultrahøj kvalitet til det melleminfrarøde spektrale område, repræsenterer den hidtil højeste værdi for enhver form for mid-infrarød resonator og sætter en ny rekord i feltet. T

hans hidtil usete arbejde udgives i Naturkommunikation .

Caroline Lecaplain og Clément Javerzac-Galy fra Tobias J. Kippenbergs laboratorium på EPFL ledede forskningsindsatsen, sammen med kolleger fra Russian Quantum Center. For at lave disse mikrohuler i ultrahøj kvalitet, forskerne brugte jordalkalimetalfluoridkrystaller, som de polerede manuelt. De udviklede ucoatede chalcogenid-koniske fibre til effektivt at koble mellem-infrarødt lys fra en kontinuerlig bølge Quantum Cascade Laser (QCL) til deres krystallinske mikrokaviteter. Endelig, hulrums nedadgående spektroskopiteknikker gjorde det muligt for teamet utvetydigt at demonstrere resonatorer af ultrahøj kvalitet dybt i midten af ​​infrarødt spektralområde.

Lige vigtigt, forskerne viser også, at mikrokavitetens kvalitetsfaktor er begrænset af multi-phonon absorption. Dette er et fænomen, hvor fononer - kvasipartikler lavet af energi og vibrationer i hulrummets krystal - samtidig interagerer og forstyrrer lysindeslutning.

Dette arbejde markerer en milepæl inden for mellem-infrarøde materialer, da det for første gang åbner adgang til ultrahøje resonatorer. Det er et vigtigt skridt mod en kompakt frekvensstabiliseret laser i midten af ​​infrarød, som kan have stor indflydelse på applikationer såsom molekylær spektroskopi, kemisk registrering og biodetektering.