Ультракомпактный ИК-спектрометр: Чип 2 см² для ручного химического анализа

Мобильные телефоны могут делать почти всё. С этими устройствами даже можно определить содержание алкоголя в пиве или спелый ли фрукт. ИК-спектрометры, используемые сегодня для химических анализов, обычно весят несколько килограммов и трудно интегрируются в ручное устройство.

Был разработан чип размером около 2 квадратных сантиметров, который можно использовать для анализа инфракрасного света так же, как обычный спектрометр, который разделяет падающий свет на два пути перед отражением от двух зеркал. Отраженные лучи света рекомбинируются и измеряются с фотодетектором. Движение одного из зеркал создает интерференционную картину, которую можно использовать для определения пропорции разных длин волн во входящем сигнале. Поскольку химические вещества создают характерные промежутки в инфракрасном спектре, ученые могут использовать полученные картины для идентификации того, какие вещества присутствуют в тестовом образце и в какой концентрации.

Этот же принцип лежит в основе нового мини-спектрометра; однако в новом устройстве падающий свет больше не анализируется с помощью подвижных зеркал. Вместо этого он использует специальные волноводы с оптическим показателем преломления, который может быть отрегулирован внешне через электрическое поле. Изменение показателя преломления имеет эффект, похожий на то, что происходит при движении зеркал, позволяя дисперсию спектра падающего света тем же способом.

В зависимости от того, как настроен волновод, исследователи могут изучать разные части светового спектра. В отличие от других интегрированных спектрометров, которые могут охватывать только узкий диапазон светового спектра, новое устройство может легко анализировать широкий участок спектра. Спектрометр нужно калибровать только один раз, по сравнению с обычными устройствами, которым нужна повторная перекалибровка, и поскольку он не содержит движущихся частей, он требует меньше обслуживания.

Исследователи использовали материал, который также используется как модулятор в телекоммуникационной индустрии. Этот материал имеет много положительных свойств, но как волновод он ограничивает свет внутри. Это менее идеально, так как измерение возможно только если часть направляемого света может выбраться наружу. По этой причине исследователи прикрепили тонкие металлические структуры к волноводам, которые рассеивают свет наружу устройства.