Pesquisadores liderados pela EPFL construíram cavidades ópticas de altíssima qualidade para a região espectral do infravermelho médio indescritível, pavimentando o caminho para novos sensores químicos e biológicos, bem como tecnologias promissoras.

A janela espectral do infravermelho médio, referido como "região de impressão digital molecular, "inclui comprimentos de onda de luz de 2,5 a 20 μm. É uma mina de ouro virtual para espectroscopia, sensoriamento químico e biológico, Ciência de materiais, e indústria, pois é o intervalo onde muitas moléculas orgânicas podem ser detectadas. Ele também contém duas faixas que permitem a transmissão de sinais através da atmosfera sem distorção ou perda. Uma maneira de aproveitar o potencial da janela espectral do infravermelho médio é usar cavidades ópticas, que são microdispositivos que confinam a luz por longos períodos de tempo. Contudo, tais dispositivos são atualmente inexplorados devido a desafios tecnológicos neste comprimento de onda. Pesquisadores liderados pela EPFL aceitaram este desafio e mostraram com sucesso que materiais cristalinos podem ser usados ​​para construir cavidades ópticas de ultra-alta qualidade para a região espectral do infravermelho médio, representando o valor mais alto alcançado para qualquer tipo de ressonador infravermelho médio até o momento e estabelecendo um novo recorde no campo. T

seu trabalho sem precedentes é publicado em Nature Communications .

Caroline Lecaplain e Clément Javerzac-Galy do laboratório de Tobias J. Kippenberg na EPFL lideraram o esforço de pesquisa, juntamente com colegas do Russian Quantum Center. Para fazer essas microcavidades de altíssima qualidade, os cientistas usaram cristais de fluoreto de metal alcalino-terroso que poliram manualmente. Eles desenvolveram fibras cônicas de calcogeneto não revestidas para acoplar com eficiência a luz infravermelha média de um laser Quantum Cascade (QCL) de onda contínua em suas microcavidades cristalinas. Finalmente, as técnicas de espectroscopia de anel de cavidade permitiram à equipe demonstrar de forma inequívoca ressonadores de ultra-alta qualidade em profundidade na faixa espectral do infravermelho médio.

Igualmente importante, os cientistas também mostram que o fator de qualidade da microcavidade é limitado pela absorção multifonônica. Este é um fenômeno no qual os fônons - quasipartículas feitas de energia e vibrações no cristal da cavidade - interagem simultaneamente e interrompem o confinamento da luz.

Este trabalho é um marco no campo dos materiais do infravermelho médio, pois abre pela primeira vez o acesso a ressonadores ultra-altos. É um passo significativo em direção a um laser compacto de frequência estabilizada no infravermelho médio, que poderia ter um grande impacto em aplicações como espectroscopia molecular, detecção química e bio-detecção.