I ricercatori dell'EPFL hanno escogitato una nuova fonte di luce a infrarossi medi in grado di rilevare l'effetto serra e altri gas, così come le molecole nel respiro di una persona. Il sistema compatto, che somiglia a una minuscola valigia, contiene solo due parti:un laser standard insieme a un chip fotonico di pochi millimetri di diametro. La ricerca è dettagliata in un articolo pubblicato su Comunicazioni sulla natura .

Lo spettro del medio infrarosso è particolarmente utile per gli scienziati perché, a questo intervallo di lunghezze d'onda, la luce può rilevare particelle che svolgono un ruolo importante nell'ambiente e nella salute umana. Fino ad ora, però, i sistemi laser a infrarossi si sono rivelati difficili da trasportare perché comportano complessi, hardware soggetto a danni.

La nuova tecnologia, sviluppato dai ricercatori dell'EPFL, potrebbe essere un punto di svolta. Il team ha preso un laser a fibra disponibile in commercio e lo ha combinato con un chip a guida d'onda micrometrica per generare in modo affidabile onde luminose nello spettro del medio infrarosso. Hanno poi aggiunto uno spettrometro per dimostrare il potenziale di questa fonte di luce, rilevando con successo la presenza e la concentrazione di acetilene, un gas incolore e altamente infiammabile.

Come funziona?

Il sistema utilizza un laser a fibra compatto e robusto che emette luce in una specifica gamma di lunghezze d'onda. Il raggio è diretto attraverso una guida d'onda, misura un micrometro (0,001 mm) di diametro e mezzo millimetro di lunghezza, che può alterare la frequenza della luce al suo passaggio. Il sistema produce luce nello spettro del medio infrarosso, mantenendo il 30% della potenza del segnale originale. I ricercatori possono persino sintonizzare la lunghezza d'onda della luce regolando la geometria della guida d'onda.

"Questo dispositivo stabilisce un nuovo punto di riferimento per l'efficienza, " dice Davide Grassani, uno degli autori del saggio. "Questa è la prima volta che qualcuno crea una sorgente laser spettroscopica completamente integrata. Elimina il meticoloso processo di allineamento preciso di tutte le parti in un sistema laser convenzionale".

La svolta è arrivata dopo che il team ha perfezionato gli aspetti chiave del design del sistema:la geometria e il materiale della guida d'onda, e la lunghezza d'onda della sorgente laser originale. "L'ideazione di un sistema così semplice ma efficiente e robusto ha richiesto molto lavoro di progettazione, "dice Camille Brès, coordinatore del progetto e responsabile del Laboratorio di Sistemi Fotonici, parte della Scuola di Ingegneria dell'EPFL.

Spettroscopia su chip

Questo progresso apre la strada a tecnologie mid-IR miniaturizzate, una gamma di lunghezze d'onda con cui gli scienziati raramente riescono a lavorare. "Una volta sviluppato ulteriormente il sistema, potremmo vedere rilevatori su chip che gli scienziati possono facilmente eseguire sul campo, "aggiunge Brès.