Une équipe internationale de chercheurs a mis au point un spectromètre infrarouge moyen plus petit que le diamètre d'un cheveu humain.
Avec des applications potentielles allant de la détection des gaz à effet de serre à la sécurisation des véhicules autonomes, le développement de spectromètres compacts sur puce a suscité un grand intérêt ces dernières années. Les spectromètres traditionnels, qui mesurent les informations spectrales de la lumière, sont encombrants et coûteux. Un spectromètre sur puce élargirait considérablement les applications et l'accessibilité du sans souci.
Pour atteindre cet objectif, une équipe de chercheurs aux États-Unis, en Israël et au Japon a développé un spectromètre infrarouge moyen ultracompact.
L'appareil incorpore du phosphore noir (BP), un matériau qui a longtemps été au centre d'un spectromètre opérationnel dans une plage de longueurs d'onde de 2 à 9 micromètres, basé sur un seul photodétecteur accordable. Le matériau, d'une dizaine de nanomètres d'épaisseur, permet aux utilisateurs de régler l'interaction lumière-matière pour capturer les différentes composantes spectrales, une clé du succès de l'appareil. De plus, un algorithme avancé joue un rôle tout aussi important dans ce spectromètre, déplaçant en partie la complexité innée de la spectroscopie du matériel au logiciel.
Avec une taille de 9 × 16 micromètres carrés, bien plus petite que la section transversale d'un cheveu humain, les dimensions du spectromètre sont comparables à la longueur d'onde de la lumière qu'il mesure. Même s'il était possible de rendre l'appareil plus petit, il ne montrerait pas beaucoup d'amélioration, car la lumière dans les conditions habituelles ne peut pas être focalisée sur une tache beaucoup plus petite que sa longueur d'onde, en raison de la diffraction.
« C'est très excitant de réaliser un spectromètre aussi performant avec une compacité ultime. L'équipe s'attend à ce que le principe consistant à tirer parti simultanément des avancées matérielles et logicielles, comme le montre ce travail, conduira à des applications commerciales en médecine, en agriculture et en contrôle de la qualité des aliments.
Avec les spectromètres conventionnels, la lumière est divisée par les couleurs qui composent le spectre.
Et contrairement aux spectromètres conventionnels, le système ne repose pas sur des composants optiques aussi avancés que les interféromètres ou les lasers infrarouges accordables. Cela ouvre la possibilité d'une miniaturisation extrême des spectromètres et pourrait permettre depuce, spectroscopie infrarouge moyen et imagerie spectrale abordables. Les chercheurs notent que les automobiles, les drones et les satellites sont souvent équipés de caméras infrarouges qui prennent des images thermiques en niveaux de gris pour détecter les piétons, les véhicules et d'autres dangers. Ce nouveau spectromètre a une capacité de détection potentiellement plus élevée pour de telles menaces potentielles puisque les informations spectrales peuvent être mesurées en continu, bien qu'avec une résolution modérée. De plus, il peut également être utile en télédétection.