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用于微芯片尺寸化学传感器的新型激光技术

时间:2019-03-29 11:40来源:创视网作者:xuji 点击:
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摘要: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

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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。

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。我们使用这种新方法,因为它不需要任何移动部件,并允许我们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,我们可以控制我们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。“我们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。“ 我们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,我们需要的组件可以在每部手机中找到,“Schwarz说。

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,当我们测量,哪种红外频率被气体样品吸收时,我们可以准确地确定它含有哪种物质。”

微芯片中的测量

“由于其坚固性,我们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。“我们不需要镜头系统,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。

新技术已获得专利。“其他研究团队已经对我们的系统非常感兴趣。我们希望它不仅可以用于学术研究,还可以用于日常应用,”Benedikt Schwarz说。

【澳门永利总站综合报道】( 责任编辑:xuji )
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