Los investigadores de Columbia Engineering han demostrado, por primera vez, un espectrómetro de doble peine basado en chip en el rango del infrarrojo medio, que no requiere partes móviles y puede adquirir espectros en menos de 2 microsegundos. El sistema, que consta de dos coherentes entre sí, ruido bajo, peines de frecuencia basados ​​en microrresonadores que abarcan 2600 nm a 4100 nm, podría conducir al desarrollo de un laboratorio de espectroscopía en un chip para detección en tiempo real en una escala de tiempo de nanosegundos.

"Nuestros resultados muestran el ancho de banda óptico más amplio demostrado para la espectroscopia de doble peine en una plataforma integrada, "dijo Alexander Gaeta, David M. Rickey Profesor de Física Aplicada y Ciencia de Materiales y autor principal del estudio, publicado el 14 de mayo en Comunicaciones de la naturaleza .

Creación de un dispositivo de detección espectroscópica en un chip que puede realizar en tiempo real, La detección de alto rendimiento de trazas de moléculas ha sido un desafío. Hace pocos meses, equipos liderados por Gaeta y Michal Lipson, Profesor Higgins de Ingeniería Eléctrica, fueron los primeros en miniaturizar los peines de doble frecuencia colocando dos generadores de peines de frecuencia en un solo chip de tamaño milimétrico. Han estado trabajando para ampliar el intervalo de frecuencia de los peines duales, y en aumentar la resolución del espectrómetro sintonizando las líneas del peine.

En este estudio actual, los investigadores se centraron en el rango del infrarrojo medio (IR medio), cuales, debido a que su fuerte absorción molecular es típicamente de 10 a 1, 000 veces mayor que los del visible o del infrarrojo cercano, es ideal para detectar trazas de moléculas. El rango de infrarrojos medios cubre eficazmente la "huella dactilar" de muchas moléculas.

El equipo realizó una espectroscopia de doble peine de infrarrojos medios utilizando dos dispositivos nanofotónicos de silicio como microrresonadores. Sus dispositivos integrados permitieron la generación directa de luz infrarroja media de banda ancha y velocidades de adquisición rápidas para caracterizar la absorción molecular.

"Nuestro trabajo es un avance crítico para la espectroscopia de doble peine basada en chips para estudios de fase líquida / sólida, "dijo Mengjie Yu, autor principal del artículo y Ph.D. estudiante en el laboratorio de Gaeta. "Nuestro sistema óptico de banda ancha a escala de chip, esencialmente un laboratorio fotónico en un chip, es adecuado para la identificación de especies químicas y podría encontrar una amplia gama de aplicaciones en química, biomedicina, ciencia material, y control de procesos industriales ".

El estudio se titula "Espectroscopía de doble peine de infrarrojo medio basada en chips de silicio".