Pesquisadores da Columbia Engineering demonstraram, pela primeira vez, um espectrômetro de pente duplo baseado em chip na faixa do infravermelho médio, que não requer partes móveis e pode adquirir espectros em menos de 2 microssegundos. O sistema, que consiste em dois mutuamente coerentes, barulho baixo, pentes de frequência baseados em microrressonador abrangendo 2600 nm a 4100 nm, poderia levar ao desenvolvimento de um laboratório de espectroscopia em um chip para detecção em tempo real na escala de nanossegundos.

"Nossos resultados mostram a largura de banda óptica mais ampla demonstrada para espectroscopia dual-comb em uma plataforma integrada, "disse Alexander Gaeta, David M. Rickey Professor de Física Aplicada e Ciência dos Materiais e autor sênior do estudo, publicado em 14 de maio em Nature Communications .

Criação de um dispositivo de detecção espectroscópica em um chip que pode realizar em tempo real, a detecção de alto rendimento de moléculas traço tem sido um desafio. Há poucos meses atrás, equipes lideradas por Gaeta e Michal Lipson, Professor Higgins de Engenharia Elétrica, foram os primeiros a miniaturizar pentes de frequência dupla, colocando dois geradores de pente de frequência em um único chip de tamanho milimétrico. Eles têm trabalhado na ampliação da amplitude de frequência dos pentes duplos, e no aumento da resolução do espectrômetro ajustando as linhas do pente.

Neste estudo atual, os pesquisadores se concentraram na faixa do infravermelho médio (infravermelho médio), que, porque sua forte absorção molecular é normalmente de 10 para 1, 000 vezes maior do que no visível ou infravermelho próximo, é ideal para detectar traços de moléculas. A faixa de infravermelho médio cobre efetivamente a "impressão digital" de muitas moléculas.

A equipe realizou espectroscopia de pente duplo de infravermelho médio usando dois dispositivos nanofotônicos de silício como microrressonadores. Seus dispositivos integrados permitiram a geração direta de luz infravermelha média de banda larga e velocidades de aquisição rápidas para caracterizar a absorção molecular.

"Nosso trabalho é um avanço crítico para a espectroscopia dual-comb baseada em chip para estudos de fase líquida / sólida, "disse Mengjie Yu, autor principal do artigo e Ph.D. aluno do laboratório de Gaeta. "Nosso sistema óptico de banda larga em escala de chip, essencialmente um laboratório fotônico em um chip, é bem adequado para identificação de espécies químicas e pode encontrar uma ampla gama de aplicações na química, biomedicina, ciência material, e controle de processos industriais. "

O estudo é intitulado "Espectroscopia de infravermelho médio dual-comb baseada em chip de silício."