Frekvens kæmmer ID-kemikalier i det mellem-infrarøde spektrale område

Kemiske forbindelser bærer alle særprægede absorptions "fingeraftryk" inden for det mellem-infrarøde spektrale område på 2 til 12 mikron. Dette giver mulighed for at måle og studere kemikalier på ekstremt følsomme niveauer, men forskere mangler værktøjerne, som lasere og detektorer, nødvendig for at fungere inden for midten af ​​infrarød. For nylig, der har været et skub til at udvikle nye værktøjer til at hjælpe og se og måle disse kemiske forbindelser mere detaljeret.

I et gennembrud, en gruppe forskere ved National Institute of Standards and Technology udviklede en on-silicium-chip laserkilde med output, der består af præcist definerede og lige store mellemrum optiske linjer inden for det mellem-infrarøde spektrale område. De rapporterer deres fund i APL Photonics .

Disse lasere, kaldet frekvenskamme, "fungere som" linealer "over lys og har mange applikationer - fra overførsel af tidsstandarder og forbedring af GPS -signaler til præcisionsspektroskopi, "sagde Nima Nader, en postdoktor for NIST.

Til spektroskopiske applikationer, denne type sammenhængende lyskilde kan passere gennem en prøvecelle, der indeholder ukendte gasser. Disse gasser absorberer noget af lyset og efterlader fingeraftryk på meget specifikke kamlinjer. Forskere kan kontrollere disse linjer mod en database med gasser for at identificere de specifikke kemikalier, der er til stede.

Ud over dette, laserkildens sammenhængende natur "muliggør udbredelse af lys over lange afstande, så kemiske prøver kan fjernundersøges, uden direkte kontakt, "Nader sagde." Og da frekvenskamme er stabiliserede laserkilder, de kan registrere meget lave niveauer af kemikalier og øge følsomheden af ​​vores målinger. "

Disse kilder er fremstillet på en kompakt, siliciumbaseret integreret fotonisk platform, som muliggør hundredvis af enheder - i dette tilfælde frekvenskamme-der skal fremstilles på en enkelt dør med lille område.

"Hver enhed er konstrueret til at generere et melleminfrarødt spektrum af sammensatte optiske linjer med skræddersyet spektral form, båndbredde, og optisk strømfordeling, "Sagde Nader.

Disse laserkilder er "lige så sammenhængende og støjsvage som konventionelle frekvenskamme, der blev udviklet før vores arbejde, "Sagde Nader." Vi rapporterede også, for første gang, dual-kam-spektroskopi af en gasprøve med en mellem-infrarød frekvenskammekilde, der udnytter en silicium-fotonisk platform. "

Disse udviklinger forbedrer konventionelle teknikker såsom Fourier-transform-infrarød spektroskopi. En praktisk, bredbånd, støjsvag mellem-infrarød frekvenskam med moderat effekt og konstrueret spektrum kan forbedre frekvenspræcisionen, følsomhed, og dataindsamlingshastigheder for melleminfrarød spektroskopi.

"Vores brugerstyrede og konstruerede multiband-spektre er ideelle til applikationer, hvor parallel multicomb-drift ønskes-såsom punktsensorer til real-time in situ kemisk synteseovervågning, nærfeltmikroskopi, og fjernmåling, "Nader sagde." Disse sensorer kan øge registreringsfølsomheden betydeligt for værktøjer og teknikker, såsom ånde -analysatorer, kræft afsløring, sporing og opdagelse af sprængstof, og overvågning af lægemiddelsyntese. "

Det næste trin er at skubbe den optiske båndbredde af NISTs frekvenskamme til længere infrarøde bølgelængder og højere optiske effekter. "Vi arbejder også på at reducere deres fodaftryk og strømforbrug for at skabe kompakte systemer med forbedret effektivitet, "Sagde Nader.