Investigadores liderados por EPFL han construido cavidades ópticas de ultra alta calidad para la elusiva región espectral del infrarrojo medio, allanando el camino para nuevos sensores químicos y biológicos, así como tecnologías prometedoras.

La ventana espectral del infrarrojo medio, denominada "región de huellas dactilares moleculares, "incluye longitudes de onda de luz de 2,5 a 20 μm. Es una mina de oro virtual para la espectroscopia, detección química y biológica, ciencia de los Materiales, e industria, ya que es el rango donde se pueden detectar muchas moléculas orgánicas. También contiene dos rangos que permiten la transmisión de señales a través de la atmósfera sin distorsión ni pérdida. Una forma de aprovechar el potencial de la ventana espectral del infrarrojo medio es utilizar cavidades ópticas, que son microdispositivos que confinan la luz durante períodos prolongados. Sin embargo, Estos dispositivos no se han explorado actualmente debido a los desafíos tecnológicos en esta longitud de onda. Investigadores liderados por EPFL han asumido este desafío y han demostrado con éxito que los materiales cristalinos se pueden utilizar para construir cavidades ópticas de ultra alta calidad para la región espectral del infrarrojo medio. representa el valor más alto alcanzado para cualquier tipo de resonador de infrarrojo medio hasta la fecha y establece un nuevo récord en el campo. T

su obra inédita se publica en Comunicaciones de la naturaleza .

Caroline Lecaplain y Clément Javerzac-Galy del laboratorio de Tobias J. Kippenberg en EPFL lideraron el esfuerzo de investigación, junto con colegas del Russian Quantum Center. Para hacer estas microcavidades de altísima calidad, los científicos utilizaron cristales de fluoruro de metales alcalinotérreos que pulieron manualmente. Desarrollaron fibras ahusadas de calcogenuro sin recubrimiento para acoplar eficientemente la luz infrarroja media de un láser de cascada cuántica de onda continua (QCL) en sus microcavidades cristalinas. Finalmente, Las técnicas de espectroscopía de anillo de cavidad permitieron al equipo demostrar de manera inequívoca resonadores de calidad ultra alta en lo profundo del rango espectral del infrarrojo medio.

Igualmente importante, los científicos también muestran que el factor de calidad de la microcavidad está limitado por la absorción de múltiples fonones. Este es un fenómeno en el que los fonones, cuasipartículas hechas de energía y vibraciones en el cristal de la cavidad, interactúan simultáneamente e interrumpen el confinamiento de la luz.

Este trabajo marca un hito en el campo de los materiales del infrarrojo medio ya que abre por primera vez el acceso a resonadores ultra altos. Es un paso significativo hacia un láser compacto estabilizado en frecuencia en el infrarrojo medio, que podría tener un gran impacto en aplicaciones como la espectroscopia molecular, detección química y biodetección.