Espectrómetro Infrarrojo Ultracompacto: Chip de 2 cm² para Análisis Químico Portátil

Los teléfonos móviles pueden hacer casi cualquier cosa. Con estos dispositivos, incluso podría ser posible determinar el contenido de alcohol de una cerveza o qué tan madura está una fruta. Los espectrómetros infrarrojos usados hoy para análisis químicos generalmente pesan varios kilogramos y son difíciles de integrar en un dispositivo portátil.

Se desarrolló un chip de aproximadamente 2 centímetros cuadrados que puede usarse para analizar luz infrarroja de la misma manera que un espectrómetro convencional, que divide la luz incidente en dos caminos antes de reflejarla en dos espejos. Los haces de luz reflejados se recombinan y miden con un fotodetector. Mover uno de los espejos crea un patrón de interferencia que puede usarse para determinar la proporción de diferentes longitudes de onda en la señal entrante. Como las sustancias químicas crean brechas características en el espectro infrarrojo, los científicos pueden usar los patrones resultantes para identificar qué sustancias ocurren en la muestra de prueba y en qué concentración.

Este mismo principio está detrás del nuevo mini-espectrómetro; sin embargo, en el nuevo dispositivo, la luz incidente ya no se analiza con la ayuda de espejos móviles. En su lugar, hace uso de guías de onda especiales con un índice de refracción óptico que puede ajustarse externamente mediante un campo eléctrico. Variar el índice de refracción tiene un efecto similar a lo que sucede cuando se mueven los espejos, permitiendo la dispersión del espectro de la luz incidente de la misma manera.

Dependiendo de cómo se configure la guía de onda, los investigadores pueden examinar diferentes partes del espectro de luz. En contraste con otros espectrómetros integrados que solo pueden cubrir un rango estrecho del espectro de luz, el nuevo dispositivo puede analizar fácilmente una amplia sección del espectro. El espectrómetro solo tiene que calibrarse una vez, comparado con dispositivos convencionales que necesitan recalibración repetida y, como no contiene partes móviles, requiere menos mantenimiento.

Los investigadores emplearon un material que también se usa como modulador en la industria de telecomunicaciones. Este material tiene muchas propiedades positivas pero como guía de onda, confina la luz al interior. Esto es menos que ideal, ya que una medición solo es posible si parte de la luz guiada puede salir. Por esta razón, los investigadores adjuntaron delicadas estructuras metálicas a las guías de onda que dispersan la luz hacia el exterior del dispositivo.