用于微芯片尺寸化学传感器的新型激光技术

维也纳工业大学开发的激光系统可产生许多频率，且它们之间的间距相等。

大多数激光器发射的光子具有完全相同的波长，从而产生单一颜色。但是，也有一些激光由很多频率组成，它们之间的间隔相等，就像梳子的牙齿一样。因此，它们被称为“频率梳”。频率梳非常适合检测各种化学物质。

在TU维也纳（维也纳），这种特殊类型的激光 光包括毫米波格式化学实验室。借助这项正在申请专利的新技术，可以以非常简单和强大的方式在单个芯片上创建频率梳。这项工作现已在《自然光子学》杂志上发表。

频率梳已经存在多年了。2005年，这项创新获得了诺贝尔物理学奖。研究项目负责人Benedikt Schwarz解释说：“关于它们的令人兴奋的事情是，用两个频率梳来构建光谱仪相对容易。“如果您聆听具有相似频率的两个不同音调，则有可能利用不同频率之间的节拍，类似于声学中发生的节拍。我们使用这种新方法，因为它不需要任何运动部件，并且使我们能够建立毫米级的微型化学实验室。”

在维也纳工业大学，频率梳是用量子级联激光器产生的。这些特殊的激光器是由许多层组成的半导体结构。当电流通过结构时，激光会发出红外范围内的光。可以通过调整图层结构的几何形状来控制光的属性。

该出版物的第一作者Johannes Hillbrand说：“借助特定频率的电信号，我们可以控制量子级联激光器，并使它们发出一系列耦合在一起的光频率。” 这种现象让人联想到摇摆架上的摇摆，而不是推动单个摇摆，而是可以使脚手架以正确的频率摆动，从而导致所有摇摆以某些耦合模式振荡。

Benedikt Schwarz说：“我们技术的最大优势是频率梳的坚固性。” 没有这种技术，激光器对实验室外部不可避免的干扰非常敏感，例如温度波动或反射，这些反射会将一些光反射回激光器。Schwarz说：“我们的技术可以非常轻松地实现，因此即使在困难的环境中也非常适合实际应用。基本上，我们需要的组件可以在每部手机中找到。”

维也纳工业大学的团队：Benedikt Schwarz，Aaron Maxwell Andrews，Gottfried Strasser，Johannes Hillbrand，Hermann Detz（从左到右）。

量子级联激光器在红外范围内产生频率梳的事实至关重要，因为许多最重要的分子可以最好地被该频率范围内的光检测到。约翰内斯·希尔布兰德解释说：“在医学诊断中起重要作用的各种空气污染物以及生物分子，吸收非常特定的红外光频率。这通常被称为分子的光学指纹。” “因此，当我们测量气体样品吸收的红外频率时，我们可以准确分辨出其中包含的物质。”

微芯片中的测量

Benedikt Schwarz说：“由于其坚固性，我们的系统相对于所有其他频率梳技术具有决定性的优势：可以轻松地使其小型化。” “我们不需要透镜系统，没有移动部件，也没有光学隔离器，所需的结构很小。整个测量系统可以容纳在毫米格式的芯片上。”

这可能具有惊人的应用：例如，安装在无人机上的芯片可以测量空气污染物。贴在墙上的碎屑可以搜索建筑物中爆炸性物质的痕迹。它们还可以用于医疗设备中，通过分析呼吸空气中的化学物质来检测疾病。

Benedikt Schwarz说：“其他研究团队已经对我们的系统产生了浓厚的兴趣。我们希望它很快将不仅用于学术研究中，而且还将用于日常应用中。”

若本文收录的图片文字侵犯了您的权益，请邮件联系我们，我们将在24小时内予以删除。