用于微芯片尺寸化學傳感器的新型激光技術
來源:加速度傳感器網 2021/2/25
維也納工業大學開發的激光系統可產生許多頻率，且它們之間的間距相等。
大多數激光發射的光子具有完全相同的波長，從而產生單一顏色。但是，也有一些激光器，它們由許多頻率組成，且頻率之間相等，例如梳齒。因此，它們被稱為“頻率梳”。頻率梳非常適合檢測各種化學物質。
在TU維也納（維也納），這種特殊類型的激光 光包括毫米波格式化學實驗室。借助這項正在申請專利的新技術，可以以非常簡單和強大的方式在單個芯片上創建頻率梳。這項工作現已在《自然光子學》雜志上發表。
頻率梳已經存在多年了。2005年，這項創新獲得了諾貝爾物理學獎。研究項目負責人Benedikt Schwarz解釋說：“關于它們的令人興奮的事情是，用兩個頻率梳來構建光譜儀相對容易�！叭绻雎牼哂邢嗨祁l率的兩個不同音調，則有可能利用不同頻率之間的節拍，類似于聲學中發生的節拍。我們使用這種新方法，因為它不需要任何運動部件，并且使我們能夠建立毫米級的微型化學實驗室�！�
在維也納工業大學，頻率梳是用量子級聯激光器產生的。這些特殊的激光器是由許多層組成的半導體結構。當電流通過結構時，激光會發出紅外范圍內的光�？梢酝ㄟ^調整圖層結構的幾何形狀來控制光的屬性。
該出版物的第一作者Johannes Hillbrand說：“借助特定頻率的電信號，我們可以控制量子級聯激光器，并使它們發出一系列耦合在一起的光頻率�！� 這種現象讓人聯想到搖擺架上的搖擺，而不是推動單個搖擺，而是可以使腳手架以正確的頻率擺動，從而導致所有搖擺以某些耦合模式振蕩。
Benedikt Schwarz說：“我們技術的最大優點是頻率梳的堅固性�！� 如果沒有這種技術，激光對實驗室外部不可避免的干擾非常敏感，例如溫度波動或反射，這些干擾會將一些光反射回激光器。Schwarz說：“我們的技術可以非常輕松地實現，因此即使在困難的環境中也非常適合實際應用�；旧�，我們需要的組件可以在每部手機中找到�！�
維也納工業大學的團隊：Benedikt Schwarz，Aaron Maxwell Andrews，Gottfried Strasser，Johannes Hillbrand，Hermann Detz（從左到右）。
量子級聯激光器在紅外范圍內產生頻率梳的事實至關重要，因為許多最重要的分子可以最好地被該頻率范圍內的光檢測到。約翰內斯·希爾布蘭德解釋說：“在醫學診斷中起重要作用的各種空氣污染物以及生物分子，吸收非常特定的紅外光頻率。這通常被稱為分子的光學指紋�！� “因此，當我們測量氣體樣品吸收的紅外頻率時，我們可以準確分辨出其中包含的物質�！�
微芯片中的測量
Benedikt Schwarz說：“由于其堅固性，我們的系統相對于所有其他頻率梳技術具有決定性的優勢：可以輕松地使其小型化�！� “我們不需要透鏡系統，沒有移動部件，也沒有光學隔離器，所需的結構很小。整個測量系統可以容納在毫米格式的芯片上�！�
這可能具有驚人的應用：例如，安裝在無人機上的芯片可以測量空氣污染物。貼在墻上的碎屑可以搜索建筑物中爆炸性物質的痕跡。它們還可以用于醫療設備中，通過分析呼吸空氣中的化學物質來檢測疾病。
Benedikt Schwarz說：“其他研究團隊已經對我們的系統產生了濃厚的興趣。我們希望它很快將不僅用于學術研究中，而且還將用于日常應用中�！�
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