Die Erkennung der Verschmutzung mit einem kompakten laser-Quelle

Forscher an der EPFL haben einen neuen nahen Infrarot-Lichtquelle, die erkennen können, Gewächshaus und anderen Gasen, als auch die Moleküle in einer person Atem. Das kompakte system, das ähnelt einem kleinen Koffer, enthält nur zwei Teile: ein standard-laser zusammen mit einem photonischen chip Messen nur ein paar Millimeter über. Die Forschung ist ausführlich in einem Artikel, veröffentlicht in „Nature Communications“.

Das mid-Infrarot Spektrum ist besonders nützlich für Wissenschaftler, weil zu diesem Wellenlängenbereich Licht erkennen können Partikel, die eine wichtige Rolle in der Umwelt und in der menschlichen Gesundheit. Bis jetzt allerdings, Infrarot-laser-Systeme erwiesen haben, schwierig zu transportieren, weil Sie komplexe, Schadens-anfällig hardware.

Die neue Technologie, entwickelt von Forschern an der EPFL, könnte ein Spiel-wechsler. Das team nahm eine kommerziell erhältliche Faser-laser und kombinierte Sie mit einem Mikrometer-Wellenleiter-chip zuverlässig zu erzeugen-Licht-Wellen im mittleren Infrarot-Spektrum. Sie fügte dann ein Spektrometer, um zu demonstrieren das potential dieser Lichtquelle, erfolgreich Feststellung der Anwesenheit und Konzentration von Acetylen, eine farblose und leicht entzündbaren gas.

Wie funktioniert es?

Das system nutzt eine kompakte und robuste Faser-laser emittiert Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich. Der Strahl wird gerichtet durch einen Wellenleiter, Messung von einem Mikrometer (0,001 mm) Durchmesser und einem halben millimeter lang, die sich ändern, die Frequenz des Lichtes, wie es geht durch. Das system erzeugt Licht in das mid-Infrarot Spektrum, die Beibehaltung von 30% der ursprünglichen Signalstärke. Die Forscher können sogar die Melodie der Wellenlänge des Lichts, das durch die Anpassung der Wellenleiter – geometrie.

„Dieses Gerät setzt einen neuen Maßstab für Effizienz“, sagt Davide Grassani, einer der Autoren des Papiers. „Dies ist das erste mal, dass jemand hat eine voll integrierte Spektroskopie-laser-Quelle. Es macht Schluss mit dem mühsamen Prozess der präzise auszurichten alle Teile in einem herkömmlichen laser-system.“

Der Durchbruch kam, nachdem das team verfeinert werden zentrale Aspekte der system-design — die waveguide-geometrie und dem material und der Wellenlänge des ursprünglichen laser-Lichtquelle. „Coming up mit eine so einfache, aber effiziente und stabile system beteiligten eine Menge design-Arbeit“, sagt Camille Brès -, Projekt-Koordinator und Leiter der Photonic Systems Laboratory, Teil der EPFL School of Engineering.

On-chip-Spektroskopie

Diese Entwicklung ebnet den Weg für miniaturisierte mid-IR-Technologien — einem Wellenlängenbereich, dass Wissenschaftler nur selten zu bekommen, mit zu arbeiten. „Einmal haben wir entwickelt das system weiter, wir konnten gut sehen on-chip-Detektoren, die Wissenschaftler tragen kann leicht in das Feld ein“, fügt Brès.

Die Technologie stützt sich auf Forschungen an der Photonic Systems Laboratory, unter der Leitung von Camille Brès, und das Laboratory of Photonics and Quantum Measurements, unter der Leitung von Tobias Kippenberg (STI/SB).