Compacte infraroodspectrometer

Mobiele telefoons kunnen bijna alles. Met deze apparaten is het misschien zelfs mogelijk om het alcoholgehalte van een biertje te bepalen of hoe rijp een stuk fruit is. De infraroodspectrometers die tegenwoordig voor chemische analyses worden gebruikt, wegen over het algemeen enkele kilo's en zijn moeilijk te integreren in een handheld-apparaat.

Er is een chip ontwikkeld van ongeveer 2 vierkante centimeter die kan worden gebruikt om infrarood licht op dezelfde manier te analyseren als een conventionele spectrometer, die het invallende licht in twee paden splitst voordat het door twee spiegels wordt gereflecteerd. De gereflecteerde lichtbundels worden opnieuw gecombineerd en gemeten met een fotodetector. Door een van de spiegels te verplaatsen, ontstaat een interferentiepatroon dat kan worden gebruikt om het aandeel van verschillende golflengten in het binnenkomende signaal te bepalen. Omdat chemische stoffen karakteristieke gaten in het infraroodspectrum creëren, kunnen wetenschappers de resulterende patronen gebruiken om te identificeren welke stoffen in het testmonster voorkomen en in welke concentratie.

Ditzelfde principe zit achter de nieuwe mini-spectrometer; in het nieuwe apparaat wordt het invallende licht echter niet meer geanalyseerd met behulp van beweegbare spiegels. In plaats daarvan maakt het gebruik van speciale golfgeleiders met een optische brekingsindex die extern kan worden aangepast via een elektrisch veld. Het variëren van de brekingsindex heeft een effect dat vergelijkbaar is met wat er gebeurt als de spiegels worden bewogen, waardoor het spectrum van het invallende licht op dezelfde manier kan worden verstrooid.

Afhankelijk van hoe de golfgeleider is geconfigureerd, kunnen onderzoekers verschillende delen van het lichtspectrum onderzoeken. In tegenstelling tot andere geïntegreerde spectrometers die slechts een smal bereik van het lichtspectrum kunnen bestrijken, kan het nieuwe apparaat gemakkelijk een breed deel van het spectrum analyseren. De spectrometer hoeft maar één keer te worden gekalibreerd, in vergelijking met conventionele apparaten die herhaaldelijk opnieuw moeten worden gekalibreerd en omdat deze geen bewegende delen bevat, is er minder onderhoud nodig.

Onderzoekers gebruikten een materiaal dat ook wordt gebruikt als modulator in de telecommunicatie-industrie. Dit materiaal heeft veel positieve eigenschappen, maar als golfgeleider beperkt het het licht naar binnen. Dit is niet ideaal, omdat een meting alleen mogelijk is als een deel van het geleide licht naar buiten kan. Om deze reden bevestigden de onderzoekers delicate metalen structuren aan de golfgeleiders die het licht naar de buitenkant van het apparaat verspreiden.