Un prototipo de sensor químico desarrollado en la Universidad de Michigan podrá detectar "cantidades de sustancias con una sola huella dactilar" a una distancia de más de 30 metros. y sus desarrolladores están trabajando para reducirlo al tamaño de una caja de zapatos.

Potencialmente, podría usarse para identificar rastros de drogas y explosivos, además de acelerar el análisis de determinadas muestras médicas. Un sensor químico infrarrojo portátil podría montarse en un dron o llevarse por usuarios como médicos, policía, oficiales fronterizos y soldados.

El sensor es posible gracias a un nuevo láser basado en fibra óptica que combina alta potencia con un haz que cubre una amplia banda de frecuencias infrarrojas, de 1,6 a 12 micrones, que cubre los llamados infrarrojos de onda media y onda larga.

"La mayoría de los productos químicos tienen firmas de huellas dactilares de entre 2 y 11 micrones, "dijo el investigador de la UM Mohammed Islam, quien desarrolló el láser. "Por eso, este rango de longitud de onda se denomina "región espectral de huellas dactilares". Entonces nuestro dispositivo permite la identificación de sólidos, objetivos líquidos y gaseosos basados ​​en su firma química ".

El proyecto es una colaboración entre U-M, empresa de tecnología global Leidos, los fabricantes de fibra IRflex y CorActive y la startup de U-M Omni Sciences, que fue fundada por el Islam. El proyecto está financiado por la Actividad de Proyectos de Investigación Avanzada de Inteligencia de EE. UU.

Islam, Profesor U-M de Ingeniería Eléctrica e Informática e Ingeniería Biomédica, y su equipo construyeron su dispositivo con componentes de telecomunicaciones y fibra óptica listos para usar, ahorre una fibra óptica hecha a medida. Este enfoque asegura que el láser será confiable y práctico de fabricar a un costo razonable.

"Hemos demostrado que podemos ganar $ 10, 000 láser que puede hacer todo por $ 60, 000 láser puede hacer, ", Dijo Islam.

Los láseres infrarrojos de banda ancha generalmente se construyen a partir de un láser que produce pulsos de luz muy cortos, y luego una serie de amplificadores aumenta la potencia, pero este enfoque se limita a los laboratorios. Además de sus altos costos, estos componentes aún no pueden encogerse lo suficiente como para caber en un dispositivo de mano. Más, el uso de lentes y espejos haría que el dispositivo fuera sensible a los empujones y cambios de temperatura.

Para crear su nuevo láser, el equipo comenzó con un diodo láser estándar, similares a los de los punteros láser y los lectores de códigos de barras. Luego, este pulso se incrementó en potencia con amplificadores de telecomunicaciones, similares a los que se usan en el campo para aumentar periódicamente las señales de voz de respaldo a medida que disminuyen durante los viajes largos a través de las líneas de fibra óptica. Entonces ejecutaron este poderoso, señal de banda ancha a través de una bobina de fibra óptica de 2 metros.

"Aquí es donde entra la magia, ", dijo Islam." Ponemos estos pulsos de aproximadamente un nanosegundo a esta alta potencia y se dividen en series muy estrechas de pequeños pulsos cortos, típicamente menos de un picosegundo de ancho. Básicamente, por el precio de 20 centavos de fibra, obtenemos el mismo tipo de salida que los láseres de modo bloqueado muy costosos ".

Luego, en un proceso conocido como "generación de supercontinuo, "expandieron las longitudes de onda cubiertas por esa luz enviándola a través de fibras de vidrio especializadas más suaves. La mayoría de los láseres emiten luz de una sola longitud de onda, o color. Pero los láseres supercontinuos emiten un rayo enfocado repleto de luz de una gama mucho más amplia de longitudes de onda.

Láseres supercontinuos de longitud de onda visible, por ejemplo, descargan columnas compactas que parecen blancas porque contienen luz de todo el espectro visible. El láser supercontinuo infrarrojo de banda ancha del Islam hace el equivalente, pero en longitudes de onda infrarrojas más largas.

Para usar el dispositivo, los investigadores enfocan el láser en un objeto y analizan la luz reflejada para identificar qué longitudes de onda no rebotaron. Pueden identificar sustancias químicas por el patrón único de longitudes de onda infrarrojas que absorben.

El equipo demostró con éxito el láser para la actividad de proyectos de investigación avanzada de inteligencia de EE. UU. En agosto de 2017, analizando 70 muestras misteriosas durante dos días de pruebas. La fase 2 del proyecto implicará reducir el sistema al tamaño de una caja de zapatos, un proceso que será liderado por Leidos y Omni Sciences.

Además de las aplicaciones en policía y defensa, El Islam ve un futuro para la tecnología en medicina. Por ejemplo, las muestras de tejido se analizan químicamente en un laboratorio, un proceso que requiere tiempo y materiales. Islam cree que el láser podría proporcionar una evaluación del contenido químico en el lugar. Incluso puede ser posible pasar el rayo a través de un endoscopio y analizar tejido directamente en el cuerpo.

El láser se describe en la revista. Letras de óptica , en un artículo titulado, "Generación de supercontinuo de infrarrojo medio de 1.6 a> 11 micrómetros que utilizan fibras de fluoruro y calcogenuro de índice escalonado concatenadas ".