Pesquisadores da EPFL criaram uma nova fonte de luz infravermelha média que pode detectar gases de efeito estufa e outros gases, bem como moléculas na respiração de uma pessoa. O sistema compacto, que se assemelha a uma pequena mala, contém apenas duas partes:um laser padrão junto com um chip fotônico medindo alguns milímetros de diâmetro. A pesquisa é detalhada em artigo publicado na Nature Communications .

O espectro infravermelho médio é especialmente útil para cientistas porque, nesta faixa de comprimento de onda, a luz pode detectar partículas que desempenham um papel importante no meio ambiente e na saúde humana. Até agora, Contudo, os sistemas de laser infravermelho têm se mostrado difíceis de transportar porque envolvem hardware sujeito a danos.

A nova tecnologia, desenvolvido por pesquisadores da EPFL, pode ser uma virada de jogo. A equipe pegou um laser de fibra disponível comercialmente e combinou-o com um chip de guia de onda de micrômetro para gerar ondas de luz de forma confiável no espectro infravermelho médio. Eles então adicionaram um espectrômetro para demonstrar o potencial desta fonte de luz, detectar com sucesso a presença e concentração de acetileno, um gás incolor e altamente inflamável.

Como funciona?

O sistema usa um laser de fibra compacto e robusto que emite luz em uma faixa de comprimento de onda específica. O feixe é direcionado através de um guia de ondas, medindo um micrômetro (0,001 mm) de diâmetro e meio milímetro de comprimento, que pode alterar a frequência da luz à medida que ela passa. O sistema produz luz no espectro infravermelho médio, retendo 30% da força do sinal original. Os pesquisadores podem até mesmo ajustar o comprimento de onda da luz ajustando a geometria do guia de ondas.

"Este dispositivo estabelece uma nova referência de eficiência, "diz Davide Grassani, um dos autores do artigo. "Esta é a primeira vez que alguém cria uma fonte de laser espectroscópico totalmente integrada. Isso acaba com o processo meticuloso de alinhar com precisão todas as peças em um sistema de laser convencional."

A descoberta veio depois que a equipe refinou os principais aspectos do design do sistema - a geometria e o material do guia de ondas, e o comprimento de onda da fonte de laser original. "Criar um sistema tão simples, mas eficiente e robusto envolveu muito trabalho de design, "diz Camille Brès, coordenador do projeto e chefe do Laboratório de Sistemas Fotônicos, integrante da Escola de Engenharia da EPFL.

Espectroscopia no chip

Esse avanço abre caminho para tecnologias miniaturizadas de infravermelho médio - uma faixa de comprimento de onda com a qual os cientistas raramente conseguem trabalhar. "Depois de desenvolvermos ainda mais o sistema, poderíamos muito bem ver detectores no chip que os cientistas podem facilmente colocar em campo, "acrescenta Brès.