Registrering af forurening med en kompakt laserkilde

Forskere ved EPFL er kommet med en ny mellem infrarød lyskilde, der kan registrere drivhusgasser og andre gasser, samt molekyler i en persons ånde. Det kompakte system, der ligner en lille kuffert, indeholder kun to dele:en standard laser sammen med en fotonisk chip, der måler et par millimeter på tværs. Forskningen er detaljeret i en artikel offentliggjort i Naturkommunikation .

Det mellem-infrarøde spektrum er især nyttigt for forskere, fordi, i dette bølgelængdeområde lys kan registrere partikler, der spiller en vigtig rolle i miljøet og i menneskers sundhed. Indtil nu, imidlertid, infrarøde lasersystemer har vist sig vanskelige at transportere, fordi de involverer komplekse, hardware, der er udsat for skader.

Den nye teknologi, udviklet af forskere ved EPFL, kunne være en game-changer. Teamet tog en kommercielt tilgængelig fiberlaser og kombinerede den med en mikrometerbølgelederchip for pålideligt at generere lysbølger i det mellem-infrarøde spektrum. De tilføjede derefter et spektrometer for at demonstrere potentialet ved denne lyskilde, med succes opdage tilstedeværelse og koncentration af acetylen, en farveløs og meget brandfarlig gas.

Hvordan virker det?

Systemet anvender en kompakt og robust fiberlaser, der udsender lys i et bestemt bølgelængdeområde. Strålen ledes gennem en bølgeleder, måler en mikrometer (0,001 mm) på tværs og en halv millimeter lang, som kan ændre lysets frekvens, når det passerer igennem. Systemet producerer lys i det mellem-infrarøde spektrum, bevarer 30% af den originale signalstyrke. Forskerne kan endda justere lysets bølgelængde ved at justere bølgelederens geometri.

"Denne enhed sætter et nyt benchmark for effektivitet, "siger Davide Grassani, en af ​​forfatterne til papiret. "Det er første gang, nogen har skabt en fuldt integreret spektroskopisk laserkilde. Det gør op med den omhyggelige proces med præcis at tilpasse alle delene i et konventionelt lasersystem."

Gennembruddet kom efter, at teamet forfinede centrale aspekter af systemets design - bølgeledergeometrien og materialet, og bølgelængden af ​​den originale laserkilde. "At komme med et så simpelt, men effektivt og robust system involverede meget designarbejde, "siger Camille Brès, projektkoordinator og leder af Photonic Systems Laboratory, del af EPFL's School of Engineering.

On-chip spektroskopi

Dette fremskridt baner vejen for miniaturiserede mid-IR-teknologier-et bølgelængdeområde, som forskere sjældent kommer til at arbejde med. "Når vi har udviklet systemet yderligere, vi kunne godt se detektorer på chip, som forskere let kan udføre i feltet, "tilføjer Brès.