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Il garde mieux la lumière
Cette technologie pourrait devenir une réalité dans quelques années, et les ingénieurs électriciens font partie des personnes qui ont rendu possible la création de tels dispositifs, qui contiennent un composant clé appelé microrésonateur en mode galerie chuchotant.
La nouvelle technologie fournit de meilleurs capteurs optiques, qui sont importants pour l’électronique, y compris les appareils qui analysent les produits chimiques à l’aide de la lumière.
Nous avons fabriqué un microrésonateur en mode galerie à faible perte pour le spectre infrarouge à ondes longues. Étant donné que le spectre infrarouge à ondes longues fournit des informations définitives sur les produits chimiques, il ouvre de nouvelles possibilités pour les applications des capteurs. »
Dingding Ren, chercheur, Département des systèmes électroniques, Université norvégienne des sciences et technologies (NTNU)
Plus tard dans l’article, nous parlerons davantage de ce qu’est un microrésonateur. Mais revenons d’abord à Ren. Lui et ses collègues ont développé un nouveau microrésonateur à galerie de chuchotement – qui peut stocker la lumière pour des longueurs d’onde spécifiques beaucoup plus longtemps en résonance.
“Notre microrésonateur est environ 100 fois meilleur que ce qui était auparavant disponible pour le spectre infrarouge à ondes longues”, explique Ren.
“Il peut contenir la lumière 100 fois plus longtemps que les versions précédentes, ce qui augmente le champ optique à l’intérieur et facilite beaucoup les processus non linéaires, tels que la génération de peignes de fréquence”, a-t-il déclaré.
Il ouvre de grandes possibilités
Un stockage plus efficace des ondes lumineuses dans la partie infrarouge du spectre lumineux est une bonne nouvelle pour plusieurs types de nouvelles technologies, en particulier la détection de particules et l’identification chimique spectroscopique qui analyse un échantillon de gaz/liquide à la recherche de virus, de bactéries et d’autres agents nocifs que vous pourriez avoir. .
Le nouveau microrésonateur signifie que les scientifiques peuvent utiliser ces appareils pour développer des peignes de fréquence à large bande dans le spectre infrarouge à ondes longues. Et qu’est-ce que ça pourrait être ?
Les peignes de fréquence sont des lumières laser dont le spectre consiste en une série de lignes de fréquence discrètes et également espacées. Ils peuvent être trouvés dans divers endroits, tels que votre GPS, dans les horloges atomiques et dans les équipements à fibre optique utilisés dans les téléphones et les ordinateurs. La technologie ouvre également la porte à l’analyse simultanée de plusieurs produits chimiques, si un peigne à large bande dans le spectre infrarouge à ondes longues est disponible.
“La technologie en est encore à ses balbutiements en ce qui concerne les mesures dans ce spectre de lumière infrarouge à ondes longues. Mais notre amélioration nous donne la possibilité d’identifier plusieurs produits chimiques différents en temps réel dans un avenir proche », déclare Ren.
Ce type de machine spectroscopique existe déjà, comme l’interféromètre infrarouge dit à transformée de Fourier, mais ils sont si grands et chers que seuls les hôpitaux et les institutions à gros budget peuvent se les offrir. D’autres machines légèrement plus simples pourraient analyser quelques produits chimiques, mais pas beaucoup à la fois, car une nouvelle technologie pourrait rendre cela possible.
Ren a travaillé en étroite collaboration avec le professeur David Burghoff et ses collègues de l’Université de Notre Dame aux États-Unis.
“La concurrence est féroce dans ce domaine”, déclare Ren.
Le nouveau microrésonateur est constitué de l’élément germanium. Le matériau peut sembler exotique, mais il a été utilisé dans le premier transistor au monde en 1947, avant que le silicium ne prenne le contrôle du marché.
Aujourd’hui, le germanium est souvent utilisé dans les lentilles optiques des capteurs infrarouges et des caméras, il n’est donc ni particulièrement rare ni coûteux. Ce sont aussi des avantages lorsque la théorie sera mise sur le marché.
Que sont les microrésonateurs de toute façon?
Les microrésonateurs, qui sont un type de cavité optique, peuvent stocker un champ optique élevé dans un très petit volume. Ils peuvent être fabriqués sous la forme d’une trace ou d’un disque, mais ils sont généralement de taille microscopique, semblable à l’épaisseur d’un cheveu. La lumière se déplace à l’intérieur du microrésonateur en cercles, de sorte que le champ optique est amplifié.
“Nous pouvons comparer le microrésonateur à ce qui arrive au son dans la Whispering Gallery de la cathédrale Saint-Paul à Londres”, explique Ren.
Cette galerie elliptique produisit un phénomène célèbre. Vous pouvez chuchoter à une extrémité et les personnes de l’autre côté de la pièce peuvent vous entendre, même si elles ne pourraient normalement pas vous entendre à cette distance. Les ondes sonores sont amplifiées par la forme de la pièce et des murs, c’est ainsi que se comportent les ondes lumineuses dans un microrésonateur. Vous pouvez lire l’article de recherche si vous voulez essayer de mieux comprendre ce phénomène. Le lien est en bas de l’article.
Financé avec l’argent de Fripro
Ren finance la recherche grâce à une subvention de projet Fripro de trois ans du Conseil norvégien de la recherche. L’argent de Fripro est destiné à la recherche fondamentale.
“Nous avons promis de développer un meilleur microrésonateur et nous avons réussi”, a déclaré Ren. Le groupe de recherche a tenu sa promesse.
Bon travail
Bjørn-Ove Fimland et Astrid Aksnes, tous deux professeurs au département des systèmes électroniques de NTNU, ont fourni des conseils tout au long du processus.
“Ren a fait un excellent travail, ce qui est confirmé par le fait qu’il a fait publier l’article dans Communication avec la nature“, dit Aksnès.
Le fait que nous puissions désormais mesurer dans la gamme IR à ondes longues (8-14 µm ou micromètres) du spectre lumineux ouvre de nombreuses possibilités d’utilisation dans l’imagerie et les capteurs, la surveillance environnementale et les applications biomédicales, explique Aksnes.
“De nombreuses molécules ont des bandes vibrationnelles fondamentales dans la gamme IR moyen (2-20 µm), la soi-disant” région d’empreinte moléculaire “. En mesurant dans cette région d’onde, nous gagnons en sensibilité », dit-elle.
