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- 用于微芯片尺寸化學(xué)傳感器的新型激光技術(shù)
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2021/2/25
維也納工業(yè)大學(xué)開發(fā)的激光系統(tǒng)可產(chǎn)生許多頻率，且它們之間的間距相等。
大多數(shù)激光發(fā)射的光子具有完全相同的波長(zhǎng)，從而產(chǎn)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(cè)各種化學(xué)物質(zhì)。
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(xué)實(shí)驗(yàn)室。借助這項(xiàng)正在申請(qǐng)專利的新技術(shù)，可以以非常簡(jiǎn)單和強(qiáng)大的方式在單個(gè)芯片上創(chuàng)建頻率梳。這項(xiàng)工作現(xiàn)已在《自然光子學(xué)》雜志上發(fā)表。
頻率梳已經(jīng)存在多年了。2005年，這項(xiàng)創(chuàng)新獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。研究項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Benedikt Schwarz解釋說：“關(guān)于它們的令人興奮的事情是，用兩個(gè)頻率梳來構(gòu)建光譜儀相對(duì)容易�！叭绻雎牼哂邢嗨祁l率的兩個(gè)不同音調(diào)，則有可能利用不同頻率之間的節(jié)拍，類似于聲學(xué)中發(fā)生的節(jié)拍。我們使用這種新方法，因?yàn)樗恍枰魏芜\(yùn)動(dòng)部件，并且使我們能夠建立毫米級(jí)的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。”
在維也納工業(yè)大學(xué)，頻率梳是用量子級(jí)聯(lián)激光器產(chǎn)生的。這些特殊的激光器是由許多層組成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。當(dāng)電流通過結(jié)構(gòu)時(shí)，激光會(huì)發(fā)出紅外范圍內(nèi)的光�？梢酝ㄟ^調(diào)整圖層結(jié)構(gòu)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(hào)，我們可以控制量子級(jí)聯(lián)激光器，并使它們發(fā)出一系列耦合在一起的光頻率�！� 這種現(xiàn)象讓人聯(lián)想到搖擺架上的搖擺，而不是推動(dòng)單個(gè)搖擺，而是可以使腳手架以正確的頻率擺動(dòng)，從而導(dǎo)致所有搖擺以某些耦合模式振蕩。
Benedikt Schwarz說：“我們技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是頻率梳的堅(jiān)固性。” 如果沒有這種技術(shù)，激光對(duì)實(shí)驗(yàn)室外部不可避免的干擾非常敏感，例如溫度波動(dòng)或反射，這些干擾會(huì)將一些光反射回激光器。Schwarz說：“我們的技術(shù)可以非常輕松地實(shí)現(xiàn)，因此即使在困難的環(huán)境中也非常適合實(shí)際應(yīng)用。基本上，我們需要的組件可以在每部手機(jī)中找到�！�
維也納工業(yè)大學(xué)的團(tuán)隊(duì)：Benedikt Schwarz，Aaron Maxwell Andrews，Gottfried Strasser，Johannes Hillbrand，Hermann Detz（從左到右）。
量子級(jí)聯(lián)激光器在紅外范圍內(nèi)產(chǎn)生頻率梳的事實(shí)至關(guān)重要，因?yàn)樵S多最重要的分子可以最好地被該頻率范圍內(nèi)的光檢測(cè)到。約翰內(nèi)斯·希爾布蘭德解釋說：“在醫(yī)學(xué)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(xué)指紋�！� “因此，當(dāng)我們測(cè)量氣體樣品吸收的紅外頻率時(shí)，我們可以準(zhǔn)確分辨出其中包含的物質(zhì)�！�
微芯片中的測(cè)量
Benedikt Schwarz說：“由于其堅(jiān)固性，我們的系統(tǒng)相對(duì)于所有其他頻率梳技術(shù)具有決定性的優(yōu)勢(shì)：可以輕松地使其小型化�！� “我們不需要透鏡系統(tǒng)，沒有移動(dòng)部件，也沒有光學(xué)隔離器，所需的結(jié)構(gòu)很小。整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)可以容納在毫米格式的芯片上。”
這可能具有驚人的應(yīng)用：例如，安裝在無人機(jī)上的芯片可以測(cè)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(zhì)的痕跡。它們還可以用于醫(yī)療設(shè)備中，通過分析呼吸空氣中的化學(xué)物質(zhì)來檢測(cè)疾病。
Benedikt Schwarz說：“其他研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)對(duì)我們的系統(tǒng)產(chǎn)生了濃厚的興趣。我們希望它很快將不僅用于學(xué)術(shù)研究中，而且還將用于日常應(yīng)用中�！�
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