第一个芯片级宽频光学系统可以感应到中红外分子

哥伦比亚大学(Columbia Engineering)的研究人员首次演示了在中红外范围内的基于芯片的双梳光谱仪，它不需要运动部件，在不到2微秒内就能获得光谱。该系统由两种相互相干、低噪声、微谐振子的频率梳组成，在2600 nm至4100 nm之间，这可能会导致在纳秒量级上进行实时感测的光谱实验室芯片的开发。教授、该研究的资深作者亚历山大·盖塔说：我们的研究结果显示，在一个集成的平台上，在双光谱学上展示了最广泛的光带宽，研究发表在《自然通讯》5月14日出版的《应用物理学与材料科学》上。

硅微谐振器的原理图，产生一个频率梳，用于样品分子的化学鉴定。图片：Alexander Gaeta/Columbia Engineering

在可实现实时、高通量检测痕量分子的芯片上创建光谱感测装置具有挑战性。几个月前，由盖塔(Gaeta)和希金斯(Higgins)电气工程教授迈克尔利普森(Michal Lipson)领导的团队，率先通过在一个毫米大小的芯片上安装了两个频率梳状发电机，来缩小双频率梳子的尺寸。他们一直致力于扩大双梳的频率范围，并通过调整梳子的线条来增加光谱仪的分辨率。在目前的研究中，研究人员专注于中红外(中红外)范围，因为它的强分子吸收通常比可见光或近红外光谱的10到1000倍，是检测痕量分子的理想方法。中红外光谱有效地覆盖了许多分子的“指纹”。

该研究小组采用了两种硅纳米光子器件作为微磁共振器进行了中红外双梳光谱分析。他们的集成设备使宽频中红外光的直接生成和快速采集速度成为表征分子吸收的特征。该论文的主要作者、盖塔实验室的博士生孟杰(音译)说：我们的工作是基于芯片的双头光谱研究的一个重要进展，我们的芯片级宽频光学系统，本质上是一种光子实验室芯片，非常适合用于识别化学物种，并能在化学、生物医学、材料科学和工业过程控制方面找到广泛的应用。这项研究的题目是“基于硅芯片的中红外双梳光谱技术”。

博科园-科学科普｜参考期刊文献：Nature Communications｜来自：哥伦比亚大学工程与应用科学学院