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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