Исследователи из Columbia Engineering впервые продемонстрировали двухгребенчатый спектрометр на основе чипа в среднем инфракрасном диапазоне, который не требует движущихся частей и может получать спектры менее чем за 2 микросекунды. Система, состоящая из двух взаимно когерентных, малошумящих частотных гребенок на основе микрорезонаторов, охватывающих диапазон от 2600 до 4100 нм, может привести к созданию спектроскопической лаборатории на чипе для измерения в реальном времени в наносекундном диапазоне. шкала.
«Наши результаты показывают самую широкую оптическую полосу пропускания, продемонстрированную для двухгребенчатой спектроскопии на интегрированной платформе», - сказал Александр Гаэта, профессор прикладной физики и материаловедения Дэвида М. Рики и старший автор исследования, опубликованного в мае. 14 в Nature Communications.
Создание спектроскопического сенсорного устройства на чипе, которое может осуществлять высокопроизводительное обнаружение молекул в реальном времени, было сложной задачей. Несколько месяцев назад группы под руководством Гаэты и Майкла Липсона, профессора электротехники Хиггинса, первыми миниатюризировали двухчастотные гребенки, поместив два генератора частотных гребенок на один чип размером в миллиметр. Они работали над расширением частотного диапазона двойных гребенок и над увеличением разрешения спектрометра путем настройки линий гребенки.
В этом текущем исследовании исследователи сосредоточились на среднем инфракрасном (среднем ИК) диапазоне, который из-за его сильного молекулярного поглощения обычно в 10-1000 раз выше, чем в видимом или ближнем инфракрасном диапазоне., идеально подходит для обнаружения молекул в следовых количествах. Средний ИК-диапазон эффективно перекрывает «отпечатки пальцев» многих молекул.
Команда провела двухгребенчатую спектроскопию среднего ИК-диапазона, используя два кремниевых нанофотонных устройства в качестве микрорезонаторов. Их интегрированные устройства позволили напрямую генерировать широкополосный средний инфракрасный свет и обеспечить высокую скорость сбора данных для характеристики молекулярного поглощения.
«Наша работа является важным достижением в области двухгребенчатой спектроскопии на основе чипов для исследований жидкой и твердой фаз», - сказал Мэнцзе Ю, ведущий автор статьи и аспирант лаборатории Гаэты. «Наша широкополосная оптическая система масштаба чипа, по сути фотонная лаборатория на чипе, хорошо подходит для идентификации химических соединений и может найти широкий спектр применений в химии, биомедицине, материаловедении и управлении промышленными процессами."