用于微芯片尺寸化学传感器的新型激光技术
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2022/1/7 15:05:06 点击:
大多数激光只有一种颜色。它发出的所有光子都具有完全相同的波长。然而,也有激光,其光线更复杂。如果它由许多不同的频率组成,其间具有相等的间隔,就像梳齿一样,它被称为“频率梳”。频率梳是检测各种化学物质的理想选择。
在TU Wien(维也纳),这种特殊类型的激光现在用于在微小空间进行化学分析 - 它是一个毫米级的化学实验室。利用这项正在申请专利的新技术,可以以非常简单和稳健的方式在单个芯片上创建频率梳。这项工作现已在Nature Photonics杂志上发表。
一、诺贝尔奖的梳子
频率梳子已存在多年。2005年,诺贝尔物理学奖获此殊荣。“关于它们的令人兴奋的事情是,建立一个带有两个频率梳的光谱仪相对容易,”研究项目负责人Benedikt Schwarz解释道。“如果你听两种频率相似的不同音调,就可以利用不同频率之间的节拍,类似于声学中出现的节拍。和记怡情娱乐官网使用这种新方法,因为它不需要任何移动部件,并允许和记怡情娱乐官网开发一个毫米级的微型化学实验室。“
在维也纳技术大学,使用量子级联激光器产生频率梳。这些特殊激光器是由许多不同层组成的半导体结构。当电流通过结构发送时,激光器发射红外范围内的光。可以通过调整层结构的几何形状来控制光的属性。
“借助于特定频率的电信号,和记怡情娱乐官网可以控制和记怡情娱乐官网的量子级联激光器并使它们发出一系列光频率,这些频率都耦合在一起,”该出版物的第一作者Johannes Hillbrand说。这种现象让人想起摇摆架上的摆动 - 而不是推动单个摆动,可以使脚手架以正确的频率摆动,导致所有摆动以某些耦合模式振荡。“和记怡情娱乐官网技术的最大优势是频率梳的坚固性,”Benedikt Schwarz说。如果没有这种技术,激光对干扰非常敏感,这些干扰在实验室外是不可避免的 - 例如温度波动或将一些光线反射回激光的反射。“ 和记怡情娱乐官网的技术可以很轻松地实现,因此即使在困难的环境中也非常适合实际应用。基本上,和记怡情娱乐官网需要的组件可以在每部手机中找到,“Schwarz说。
二、分子指纹
量子级联激光器在红外范围内产生频率梳的事实是至关重要的,因为许多最重要的分子可以在该频率范围内被光检测到。“各种空气污染物,以及在医学诊断中发挥重要作用的生物分子,吸收非常特定的红外光频率。这通常被称为分子的光学指纹,”Johannes Hillbrand解释说。“因此,当和记怡情娱乐官网测量,哪种红外频率被气体样品吸收时,和记怡情娱乐官网可以准确地确定它含有哪种物质。”
三、微芯片中的测量
“由于其坚固性,和记怡情娱乐官网的系统具有超越所有其他频率梳技术的决定性优势:它可以轻松实现小型化,”Benedikt Schwarz说。“和记怡情娱乐官网不需要镜头系统,没有移动部件,也没有光学隔离器,必要的结构很小。整个测量系统可以安装在毫米级的芯片上。”
这产生了惊人的应用思路:人们可以将芯片放在无人机上并测量空气污染物。胶粘在墙上的芯片可以搜索建筑物中的爆炸物质痕迹。这些芯片可用于医疗设备,通过分析呼吸空气中的化学物质来检测疾病。