第一個晶元級寬頻光學系統可以感應到中紅外分子

哥倫比亞大學(Columbia Engineering)的研究人員首次演示了在中紅外範圍內的基於晶元的雙梳光譜儀，它不需要運動部件，在不到2微秒內就能獲得光譜。該系統由兩種相互相干、低雜訊、微諧振子的頻率梳組成，在2600 nm至4100 nm之間，這可能會導致在納秒量級上進行實時感測的光譜實驗室晶元的開發。教授、該研究的資深作者亞歷山大·蓋塔說：我們的研究結果顯示，在一個集成的平台上，在雙光譜學上展示了最廣泛的光帶寬，研究發表在《自然通訊》5月14日出版的《應用物理學與材料科學》上。

硅微諧振器的原理圖，產生一個頻率梳，用於樣品分子的化學鑒定。圖片：Alexander Gaeta/Columbia Engineering

在可實現實時、高通量檢測痕量分子的晶元上創建光譜感測裝置具有挑戰性。幾個月前，由蓋塔(Gaeta)和希金斯(Higgins)電氣工程教授邁克爾利普森(Michal Lipson)領導的團隊，率先通過在一個毫米大小的晶元上安裝了兩個頻率梳狀發電機，來縮小雙頻率梳子的尺寸。他們一直致力於擴大雙梳的頻率範圍，並通過調整梳子的線條來增加光譜儀的解析度。在目前的研究中，研究人員專註於中紅外(中紅外)範圍，因為它的強分子吸收通常比可見光或近紅外光譜的10到1000倍，是檢測痕量分子的理想方法。中紅外光譜有效地覆蓋了許多分子的「指紋」。

該研究小組採用了兩種硅納米光子器件作為微磁共振器進行了中紅外雙梳光譜分析。他們的集成設備使寬頻中紅外光的直接生成和快速採集速度成為表徵分子吸收的特徵。該論文的主要作者、蓋塔實驗室的博士生孟傑(音譯)說：我們的工作是基於晶元的雙頭光譜研究的一個重要進展，我們的晶元級寬頻光學系統，本質上是一種光子實驗室晶元，非常適合用於識別化學物種，並能在化學、生物醫學、材料科學和工業過程式控制制方面找到廣泛的應用。這項研究的題目是「基於硅晶元的中紅外雙梳光譜技術」。

博科園-科學科普｜參考期刊文獻：Nature Communications｜來自：哥倫比亞大學工程與應用科學學院

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