Uma ilustração do guia de ondas em uma célula de fluxo junto com um espectro de absorção de 4% de acetileno medido através do guia de ondas. O feixe de laser de comprimento de onda de 2566 nm é acoplado a uma lente objetiva no guia de onda encerrado em uma célula de fluxo com atmosfera controlada. A luz transmitida é coletada usando um detector e o sinal de absorção registrado é equipado com um espectro de referência conhecido para determinar o fator de confinamento de ar. Um espectro de feixe de espaço livre de um feixe que passou pela mesma célula, mas vazio, é mostrado como referência. A inserção do gráfico destaca que um sinal de absorção 7% mais forte é obtido com o guia de ondas do que com o feixe de espaço livre, significando uma interação luz-analito mais forte. Crédito:Marek Vlk, Anurup Datta, Sebastián Alberti, Henock Demessie Yallew, Vinita Mittal, Ganapathy Senthil Murugan, Jana Jágerská
Guias de onda ópticos suspensos no ar são capazes de bater feixes de laser de espaço livre na interação luz-analito, mesmo sem engenharia de dispersão complexa. Este fenômeno foi previsto há mais de 20 anos, ainda nunca observado em experimentos.
Em um novo artigo publicado em Ciência leve e aplicações , uma equipe de cientistas, liderado pela Professora Jana Jágerská do Departamento de Ciência e Tecnologia, UiT The Arctic University of Norway, e colegas de trabalho desenvolveram um guia de onda óptico de núcleo sólido livre de infravermelho médio que empurra a interação da luz com o ar circundante além do que foi relatado até agora:foi demonstrada a força de interação de 107% em comparação com a de um feixe de espaço livre .
"O modo guiado de nosso guia de ondas fino se assemelha a um feixe de espaço livre:é fortemente deslocado e viaja predominantemente no ar. Mas, ao mesmo tempo, ainda está ligado ao chip e pode ser guiado ao longo de uma placa predefinida, e. caminho de guia de ondas em espiral. "
Esta é uma conquista significativa do ponto de vista da pesquisa básica, mas também um passo importante em direção a aplicações práticas em detecção de gás no chip. Graças ao alto confinamento de ar do modo guiado, o guia de ondas não melhora apenas a interação luz-analito, mas a luz guiada também experimenta uma sobreposição mínima com o material do núcleo do guia de ondas sólido. Isso significa que o modo guiado é apenas marginalmente perturbado por imperfeições materiais ou estruturais, que suprime a perda indesejada, espalhamento ou reflexos. O guia de ondas, portanto, oferece transmissão quase livre de faixas de etalon espúrias, que são de extrema importância para aplicações em espectroscopia de gases traço.
"O principal assassino da precisão dos instrumentos TDLAS são as franjas [espectrais], e componentes nanofotônicos integrados normalmente produzem muitos deles. Nossos chips são diferentes. As reflexões teóricas sobre as facetas do guia de ondas são tão baixas quanto 0,1%, e franjas espúrias na transmissão são, portanto, suprimidas abaixo do nível de ruído. "
Este guia de onda óptico se encaixa, portanto, muito bem na perspectiva de um futuro sensor de gás traço em miniatura. Sensores sensíveis e seletivos integrados com base nos chips de guia de onda relatados não apenas reduziriam as dimensões dos analisadores de gases traço existentes, mas também permitem volumes de detecção de microlitro e implantação em redes de sensores distribuídas, levando a novas aplicações em monitoramento ambiental, biologia, Medicina, bem como controle de processos industriais.
