La mayoría de los láseres emiten fotones de exactamente la misma longitud de onda, produciendo un solo color. Sin embargo, también hay láseres que constan de muchas frecuencias, con intervalos iguales en el medio, como en los dientes de un peine; por lo tanto, se denominan "peines de frecuencia". Los peines de frecuencia son perfectos para detectar una variedad de sustancias químicas.

En TU Wien (Viena), este tipo especial de luz láser comprende un laboratorio de química de formato milimétrico. Con esta nueva tecnología pendiente de patente, Los peines de frecuencia se pueden crear en un solo chip de una manera muy simple y robusta. Este trabajo se ha presentado ahora en la revista Fotónica de la naturaleza .

Los peines de frecuencia existen desde hace años. En 2005, la innovación recibió el Premio Nobel de Física. "Lo interesante de ellos es que es relativamente fácil construir un espectrómetro con dos peines de frecuencia, "explica Benedikt Schwarz, quien dirige el proyecto de investigación. "Es posible hacer uso de ritmos entre diferentes frecuencias, similares a los que ocurren en acústica, si escucha dos tonos diferentes con frecuencia similar. Usamos este nuevo método, porque no requiere partes móviles y nos permite desarrollar un laboratorio de química en miniatura a escala milimétrica ".

En la Universidad Tecnológica de Viena, Los peines de frecuencia se producen con láseres de cascada cuántica. Estos láseres especiales son estructuras semiconductoras que constan de muchas capas. Cuando se envía corriente eléctrica a través de la estructura, el láser emite luz en el rango de infrarrojos. Las propiedades de la luz se pueden controlar ajustando la geometría de la estructura de la capa.

"Con la ayuda de una señal eléctrica de una frecuencia específica, podemos controlar nuestros láseres de cascada cuántica y hacer que emitan una serie de frecuencias de luz, que están todos acoplados, "dice Johannes Hillbrand, primer autor de la publicación. El fenómeno recuerda a los columpios en un marco oscilante, en lugar de empujar columpios individuales, uno puede hacer que el andamio se mueva a la frecuencia correcta, haciendo que todos los columpios oscilen en ciertos patrones acoplados.

"La gran ventaja de nuestra tecnología es la robustez del peine de frecuencia, "dice Benedikt Schwarz. Sin esta técnica, los láseres son extremadamente sensibles a las perturbaciones, que son inevitables fuera del laboratorio, como las fluctuaciones de temperatura, o reflejos que devuelven parte de la luz al láser. "Nuestra tecnología se puede realizar con muy poco esfuerzo y, por lo tanto, es perfecta para aplicaciones prácticas incluso en entornos difíciles. Básicamente, los componentes que necesitamos se pueden encontrar en todos los teléfonos móviles, "dice Schwarz.

El hecho de que el láser de cascada cuántica genere un peine de frecuencia en el rango infrarrojo es crucial, porque muchas de las moléculas más importantes pueden detectarse mejor con luz en este rango de frecuencia. "Diversos contaminantes del aire, pero también biomoléculas, que juegan un papel importante en el diagnóstico médico, absorben frecuencias de luz infrarroja muy específicas. Esto a menudo se conoce como la huella óptica de la molécula, "explica Johannes Hillbrand". cuando medimos, qué frecuencias infrarrojas son absorbidas por una muestra de gas, podemos decir exactamente qué sustancias contiene ".

Medidas en el microchip

"Por su robustez, Nuestro sistema tiene una ventaja decisiva sobre todas las demás tecnologías de peine de frecuencia:se puede miniaturizar fácilmente, "dice Benedikt Schwarz." No necesitamos sistemas de lentes, sin partes móviles ni aisladores ópticos, las estructuras necesarias son diminutas. Todo el sistema de medición se puede alojar en un chip en formato milimétrico ".

Esto podría tener aplicaciones espectaculares:los chips instalados en un dron podrían medir los contaminantes del aire, por ejemplo. Los chips adheridos a la pared podrían buscar rastros de sustancias explosivas en los edificios. También podrían usarse en equipos médicos para detectar enfermedades mediante el análisis de sustancias químicas en el aire respiratorio.

"Otros equipos de investigación ya están muy interesados ​​en nuestro sistema. Esperamos que pronto se utilice no solo en la investigación académica, pero también en aplicaciones cotidianas, "dice Benedikt Schwarz.