Международная группа исследователей разработала спектрометр среднего инфракрасного диапазона, который меньше диаметра человеческого волоса.
Поскольку потенциальные применения варьируются от обнаружения парниковых газов до повышения безопасности беспилотных транспортных средств, в последние годы наблюдается большой интерес к разработке компактных встроенных спектрометров. Традиционные спектрометры, измеряющие спектральную информацию света, громоздки и дороги. Интегрированный спектрометр значительно расширит возможности применения и доступность technology.
С этой целью группа исследователей из США, Израиля и Японии разработала сверхкомпактный спектрометр среднего инфракрасного диапазона.
Устройство содержит черный фосфор (BP), материал, который долгое время был в центре внимания спектрометра, работающего в диапазоне длин волн от 2 до 9 микрометров, на основе одного настраиваемого фотодетектора. Материал толщиной около десяти нанометров позволяет пользователям настраивать взаимодействие света и вещества для захвата различных спектральных компонентов, что является ключом к успеху устройства. Более того, не менее важную роль в этом спектрометре играет усовершенствованный алгоритм, частично перекладывающий врожденную сложность спектроскопии с аппаратных средств на программное обеспечение.
Имея размер 9 × 16 квадратных микрометров - намного меньше, чем поперечное сечение человеческого волоса, - размеры спектрометра сопоставимы с длиной волны света, которую он измеряет. Даже если бы можно было сделать устройство меньше, оно не показало бы значительных улучшений, поскольку свет в обычных условиях не может быть сфокусирован на пятно, намного меньшее его длины волны, из-за дифракции.
«Очень интересно реализовать спектрометр с такими характеристиками и максимальной компактностью. Команда ожидает, что принцип одновременного использования достижений в аппаратном и программном обеспечении, показанный в этой работе, приведет к коммерческим применениям в медицине, сельском хозяйстве и контроле качества продуктов питания.
В обычных спектрометрах свет разделяется на цвета, составляющие спектр.
И в отличие от обычных спектрометров, система не полагается на такие передовые оптические компоненты, как интерферометры или перестраиваемые инфракрасные лазеры. Это открывает возможность для крайней миниатюризации спектрометров и может позволить на-чип, доступная по цене спектроскопия в среднем инфракрасном диапазоне и спектральная визуализация. Исследователи отмечают, что автомобили, дроны и спутники часто оснащены инфракрасными камерами, которые снимают тепловые изображения в оттенках серого для обнаружения пешеходов, транспортных средств и других опасностей. Этот новый спектрометр имеет потенциально более высокую способность обнаружения таких потенциальных угроз, поскольку спектральная информация может быть непрерывно измерена, хотя и с умеренным разрешением. Кроме того, это также может быть полезно при дистанционном зондировании.