Luftstyring i solid-core optiske bølgeledere:En løsning til on-chip sporgasspektroskopi

Optiske bølgeledere suspenderet i luft er i stand til at slå frirum laserstråler i lys-analyt-interaktion selv uden kompleks dispersionsteknik. Dette fænomen blev forudsagt for mere end 20 år siden, dog aldrig observeret i eksperimentet.

I et nyt blad udgivet i Lysvidenskab og applikationer , et hold af videnskabsmænd, ledet af professor Jana Jágerská fra Institut for Videnskab og Teknologi, UiT Norges arktiske universitet, og kolleger har udtænkt en melleminfrarød fritstående optisk bølgeleder med solid kerne, som skubber lysinteraktionen med den omgivende luft ud over, hvad der hidtil er blevet rapporteret:107 % interaktionsstyrke sammenlignet med en frirumsstråle er blevet demonstreret .

"Den guidede tilstand af vores tynde bølgeleder ligner en frirumsstråle:den er stærkt delokaliseret og bevæger sig overvejende i luften. Men, på samme tid, den er stadig bundet til chippen og kan føres langs en foruddefineret f.eks. spiralbølgelederbane."

Dette er en betydelig præstation set fra grundforskningens perspektiv, men også et vigtigt skridt hen imod praktiske anvendelser inden for gassensing på chip. Takket være den høje luftbegrænsning i den guidede tilstand, bølgelederen forbedrer ikke kun lys-analyt-interaktionen, men det guidede lys oplever også minimal overlapning med det solide bølgelederkernemateriale. Dette betyder, at den guidede tilstand kun er marginalt forstyrret af materiale- eller strukturelle ufuldkommenheder, som undertrykker uønsket tab, spredning eller refleksioner. Bølgelederen leverer derfor transmission næsten fri for falske etalon-kanter, som er af største betydning for anvendelser inden for sporgasspektroskopi.

"Den største dræber af præcision af TDLAS-instrumenter er [spektrale] frynser, og integrerede nanofotoniske komponenter producerer typisk masser af dem. Vores chips er anderledes. De teoretiske refleksioner på bølgelederfacetterne er så lave som 0,1 %, og falske frynser i transmissionen undertrykkes derfor til under støjniveauet."

Denne optiske bølgeleder passer derfor meget godt ind i udsigten til en fremtidig miniature sporgassensorer. Følsomme og selektive integrerede sensorer baseret på de rapporterede bølgelederchips vil ikke kun nedskalere dimensionerne af eksisterende sporgasanalysatorer, men giver også mulighed for mikroliters registreringsvolumener og implementering i distribuerede sensornetværk, fører til nye applikationer inden for miljøovervågning, biologi, medicin, samt industriel processtyring.