紧凑的便携式分析光谱仪打开新的大门
ETH科学家开发出了一种紧凑的红外光谱仪。它足够小,适合在计算机芯片,但仍然可以打开有趣的可能性——在空间和日常生活中。
如今,手机可以做几乎任何事情:拍照或者视频,发送消息,确定当前位置,当然传输电话交谈。这些通用的设备,它甚至有可能确定一个啤酒的酒精含量或成熟一片水果。
乍一看,使用手机进行化学分析的想法似乎是一个大胆的人。毕竟,今天所使用的红外光谱仪等分析一般重几公斤,很难融入手持设备。现在苏黎世联邦理工学院的研究人员将这一愿景变为现实迈出了重要一步。大卫·波尔和Marc Reig Escalé,雷切尔为首的集团田庄,光学纳米材料物理学系的教授与其他同事合作开发芯片面积约2平方厘米。,他们可以分析红外线相同的方式与传统的光谱仪。
波导的镜子
传统的光谱仪将入射光分为两个路径之前反映了两个镜子。反射的光束是重组和测量光电探测器。移动的镜子创建一个干涉图样,可以用来确定输入信号中不同波长的比例。因为化学物质的红外光谱特征差距,科学家可以使用生成的模式识别的测试样品和物质发生在什么什么浓度。
这个原则是乙的研究人员开发的微型光谱仪的后面。然而,在他们的设备中,入射光不再是分析的帮助下可移动的镜子;相反,它利用特殊波导光学折射率,可以调整外部通过电场。“不同折射率的效应类似于当我们移动的镜子,“波尔解释道,“这设置让我们分散入射光的光谱一样。”
一个具有挑战性的构建过程
根据波导是如何配置的,研究人员可以研究光谱的不同部分。“从理论上讲,我们的光谱仪不仅可以测量红外线,可见光,波导是正确配置,提供“Escale说。相比其他集成光谱仪,可以只覆盖一个窄的光谱范围,设备由田庄的团队有一个很大的优点,它可以很容易地分析一个广泛的光谱。
除了其紧凑的尺寸,ETH物理学家的创新提供了另外两个优点:“芯片上的谱仪”必须被校准一次,比传统的设备需要调整一遍又一遍;因为它不包含任何移动部件,它需要较少的维护。
光谱仪,ETH的研究人员使用一种材料,也被用作一个调制器在电信行业。这种材料有许多积极的属性,但是作为波导,它限制光在里面。这并不理想,因为测量是可能只有一些引导光可以出去。出于这个原因,科学家们在精致的金属结构的波导散射光的外部设备。“这需要大量的工作在洁净室,直到我们能结构材料的我们想要的方式,“田庄解释道。
完美的空间
直到当前微型光谱仪可以被集成到手机或其他电子设备,然而,仍有一些技术进步。“此刻我们测量信号与外部相机,“田庄说,“如果我们想要有一个紧凑的装置,我们必须整合。”
最初的物理学家们的目标,而不是在化学分析,但在一个完全不同的用途:在天文学中,红外光谱仪提供有价值的信息关于遥远的天体。因为地球的大气层吸收大量的红外线,这将是理想的在卫星或部署这些工具在太空望远镜。紧凑,轻量级和稳定的测量装置,可以发射入太空相对便宜自然会提供一个实质性的好处。
参考
马克·大卫·波尔Reig Escale Mohammad Madi,费边考夫曼,彼得•Brotzer安东Sergeyev, Benedikt Guldimann, Philippe Giaccari Edoardo阿尔贝蒂,至今的乌尔,雷切尔画眉山庄。一个集成的宽带谱仪在铌酸锂薄膜。自然光子学,2019;DOI: 10.1038 / s41566 - 019 - 0529 - 9。
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