Компактный инфракрасный спектрометр

Мобильные телефоны могут делать почти все. С помощью этих устройств можно даже определить содержание алкоголя в пиве или насколько спелым является фрукт. Инфракрасные спектрометры, используемые сегодня для химических анализов, обычно весят несколько килограммов, и их трудно интегрировать в портативное устройство.

Был разработан чип размером около 2 квадратных сантиметров, который можно использовать для анализа инфракрасного света так же, как и обычный спектрометр, который разделяет падающий свет на два пути, прежде чем отразить его от двух зеркал. Отраженные световые лучи рекомбинируются и измеряются фотодетектором. Перемещение одного из зеркал создает интерференционную картину, которую можно использовать для определения доли различных длин волн во входящем сигнале. Поскольку химические вещества создают характерные пробелы в инфракрасном спектре, ученые могут использовать полученные закономерности, чтобы определить, какие вещества встречаются в исследуемом образце и в какой концентрации.

Тот же принцип лежит в основе нового мини-спектрометра; однако в новом устройстве падающий свет больше не анализируется с помощью подвижных зеркал. Вместо этого используются специальные волноводы с оптическим показателем преломления, который можно регулировать извне с помощью электрического поля. Изменение показателя преломления имеет эффект, аналогичный тому, что происходит при перемещении зеркал, позволяя таким же образом рассеивать спектр падающего света.

В зависимости от конфигурации волновода исследователи могут исследовать разные части светового спектра. В отличие от других интегрированных спектрометров, которые могут охватывать только узкий диапазон светового спектра, новый прибор может легко анализировать широкий участок спектра. Спектрометр необходимо откалибровать только один раз, по сравнению с обычными устройствами, которые требуют повторной калибровки, а поскольку он не содержит движущихся частей, он требует меньше обслуживания.

Исследователи использовали материал, который также используется в качестве модулятора в телекоммуникационной отрасли. Этот материал обладает многими положительными свойствами, но как волновод он удерживает свет внутри. Это далеко не идеально, поскольку измерение возможно только в том случае, если часть направленного света может выйти наружу. По этой причине исследователи прикрепили к волноводам тонкие металлические конструкции, которые рассеивают свет за пределы устройства.