Spectromètre infrarouge ultra-compact : puce de 2 cm² pour analyse chimique portable

Les téléphones mobiles peuvent presque tout faire. Avec ces appareils, il pourrait même être possible de déterminer la teneur en alcool d'une bière ou le degré de maturité d'un fruit. Les spectromètres infrarouges utilisés aujourd'hui pour les analyses chimiques pèsent généralement plusieurs kilogrammes et sont difficiles à intégrer dans un appareil portable.

Une puce d'environ 2 centimètres carrés a été développée qui peut être utilisée pour analyser la lumière infrarouge de la même manière qu'un spectromètre conventionnel, qui divise la lumière incidente en deux chemins avant de la refléchir sur deux miroirs. Les faisceaux lumineux réfléchis sont recombinés et mesurés avec un photodétecteur. Le déplacement de l'un des miroirs crée un motif d'interférence qui peut être utilisé pour déterminer la proportion de différentes longueurs d'onde dans le signal entrant. Comme les substances chimiques créent des lacunes caractéristiques dans le spectre infrarouge, les scientifiques peuvent utiliser les motifs résultants pour identifier quelles substances se trouvent dans l'échantillon testé et à quelle concentration.

Ce même principe est à la base du nouveau mini-spectromètre ; cependant, dans le nouveau dispositif, la lumière incidente n'est plus analysée à l'aide de miroirs mobiles. Au lieu de cela, il utilise des guides d'ondes spéciaux avec un indice de réfraction optique qui peut être ajusté externement via un champ électrique. La variation de l'indice de réfraction a un effet similaire à ce qui se produit lorsque les miroirs sont déplacés, permettant la dispersion du spectre de la lumière incidente de la même manière.

Selon la configuration du guide d'ondes, les chercheurs peuvent examiner différentes parties du spectre lumineux. Contrairement à d'autres spectromètres intégrés qui ne peuvent couvrir qu'une gamme étroite du spectre lumineux, le nouveau dispositif peut facilement analyser une large section du spectre. Le spectromètre n'a besoin d'être calibré qu'une seule fois, comparé aux dispositifs conventionnels qui nécessitent un recalibrage répété, et comme il ne contient pas de pièces mobiles, il nécessite moins de maintenance.

Les chercheurs ont utilisé un matériau qui est également utilisé comme modulateur dans l'industrie des télécommunications. Ce matériau a de nombreuses propriétés positives, mais en tant que guide d'ondes, il confine la lumière à l'intérieur. C'est moins qu'idéal, car une mesure n'est possible que si une partie de la lumière guidée peut sortir. Pour cette raison, les chercheurs ont attaché de délicates structures métalliques aux guides d'ondes qui diffusent la lumière vers l'extérieur du dispositif.