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

美國哥倫比亞大學的研究人員首次展示了一種在中紅外范圍內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微秒的時間內獲取光譜。系統由兩個相互耦合、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，將來有望開發出一個用于納秒時間內實時感測的光譜實驗室芯片。

“研究結果顯示，在一個集成平臺上，雙梳光譜系統顯示出了最寬的光學帶寬。”Alexander Gaeta和David M. Rickey教授表示，他們是該研究的主要作者，這項研究成果已經發表于5月的《Nature Communications》上。

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

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

在當前的這項研究中，研究人員專注于中紅外范圍，這是由于分子在這個范圍內的強吸收通常比可見光或近紅外范圍內的吸收高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。

研究小組使用兩個硅納米光子器件作為微諧振器，實現了中紅外雙梳光譜。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研究液相/固相試樣來說，是一項重大的進步?！奔影Ｋ嶒炇也┦可鶰engjie Yu說道，“我們的芯片級寬帶光學系統，本質上是一個光子實驗室芯片，非常適合用于化學物質的識別；并且可以在化學、生物醫學、材料科學和工業過程控制中找到廣泛的應用領域?！?/span>


來源：哥倫比亞大學工程與應用科學學院
作者：Mengjie Yu
譯者：兔子小光
譯自：sciencedaily
 
參考文獻：
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