這是硅微諧振器的原理圖，它產(chǎn)生一個頻率梳，對試樣分子進(jìn)行化學(xué)識別。
圖片來源：Alexander Gaeta/Columbia Engineering
 

美國哥倫比亞大學(xué)的研究人員首次展示了一種在中紅外范圍內(nèi)基于芯片的雙梳譜儀，該儀器不需要移動部件，即可在不到2微秒的時間內(nèi)獲取光譜。系統(tǒng)由兩個相互耦合、低噪聲、基于微諧振器的頻率梳組成，跨度在2600~4100 nm之間；基于這一研究成果，將來有望開發(fā)出一個用于納秒時間內(nèi)實時感測的光譜實驗室芯片。

“研究結(jié)果顯示，在一個集成平臺上，雙梳光譜系統(tǒng)顯示出了最寬的光學(xué)帶寬?！盇lexander Gaeta和David M. Rickey教授表示，他們是該研究的主要作者，這項研究成果已經(jīng)發(fā)表于5月的《Nature Communications》上。

在芯片上創(chuàng)建一個光譜傳感裝置，以實現(xiàn)實時、高通量的微量分子檢測，這是一個挑戰(zhàn)。

幾個月前，由Gaeta和密歇根大學(xué)電子工程教授Michal Lipson領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，率先將兩個頻率梳發(fā)生器放在一個毫米級尺寸的芯片上，從而首次實現(xiàn)了雙頻梳的小型化。他們一直致力于拓寬雙梳的頻率范圍，并通過調(diào)整梳齒之間的距離來提高光譜儀的分辨率。

在當(dāng)前的這項研究中，研究人員專注于中紅外范圍，這是由于分子在這個范圍內(nèi)的強(qiáng)吸收通常比可見光或近紅外范圍內(nèi)的吸收高10至1,000倍，因此非常適用于檢測痕量分子。中紅外范圍有效地覆蓋了許多分子的“指紋”區(qū)。

研究小組使用兩個硅納米光子器件作為微諧振器，實現(xiàn)了中紅外雙梳光譜。他們的集成器件能夠直接生成寬帶中紅外光，并以很快的速度對試樣進(jìn)行采集，以表征其分子吸收。

“我們的工作對于基于芯片的雙梳光譜學(xué)研究液相/固相試樣來說，是一項重大的進(jìn)步?！奔影Ｋ嶒炇也┦可鶰engjie Yu說道，“我們的芯片級寬帶光學(xué)系統(tǒng)，本質(zhì)上是一個光子實驗室芯片，非常適合用于化學(xué)物質(zhì)的識別；并且可以在化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)和工業(yè)過程控制中找到廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域?！?/span>


來源：哥倫比亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院
作者：Mengjie Yu
譯者：兔子小光
譯自：sciencedaily
 
參考文獻(xiàn)：
Mengjie Yu, Yoshitomo Okawachi, Austin G. Griffith, Nathalie Picqué, Michal Lipson, Alexander L. Gaeta. Silicon-chip-based mid-infrared dual-comb spectroscopy. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-04350-1