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用于微芯片尺寸化学传感器的新型激光技术
来源:赛斯维传感器网 发表于 2021/2/25

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,也有一些激光器,它们由许多频率组成,且频率之间相等,例如梳齿。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:“我们技术的最大优点是频率梳的坚固性。” 如果没有这种技术,激光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,这些干扰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。”


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