Des chercheurs de l'EPFL ont mis au point une nouvelle source de lumière infrarouge moyen capable de détecter les gaz à effet de serre et autres, ainsi que des molécules dans l'haleine d'une personne. Le système compact, qui ressemble à une petite valise, ne contient que deux parties :un laser standard avec une puce photonique mesurant quelques millimètres de diamètre. La recherche est détaillée dans un article publié dans Communication Nature .

Le spectre moyen infrarouge est particulièrement utile pour les scientifiques car, dans cette gamme de longueurs d'onde, la lumière peut détecter des particules qui jouent un rôle important dans l'environnement et la santé humaine. Jusqu'à maintenant, cependant, les systèmes laser infrarouge se sont avérés difficiles à transporter car ils impliquent des matériel sujet aux dommages.

La nouvelle technologie, développé par des chercheurs de l'EPFL, pourrait changer la donne. L'équipe a pris un laser à fibre disponible dans le commerce et l'a combiné avec une puce de guide d'ondes micrométrique pour générer de manière fiable des ondes lumineuses dans le spectre infrarouge moyen. Ils ont ensuite ajouté un spectromètre pour démontrer le potentiel de cette source lumineuse, détecter avec succès la présence et la concentration d'acétylène, un gaz incolore et hautement inflammable.

Comment ça marche?

Le système utilise un laser à fibre compact et robuste qui émet de la lumière dans une plage de longueurs d'onde spécifique. Le faisceau est dirigé à travers un guide d'ondes, mesurant un micromètre (0,001 mm) de diamètre et un demi-millimètre de long, ce qui peut modifier la fréquence de la lumière lors de son passage. Le système produit de la lumière dans le spectre moyen infrarouge, en conservant 30 % de la puissance du signal d'origine. Les chercheurs peuvent même régler la longueur d'onde de la lumière en ajustant la géométrie du guide d'ondes.

"Cet appareil établit une nouvelle référence en matière d'efficacité, " dit Davide Grassani, l'un des auteurs de l'article. « C'est la première fois que quelqu'un crée une source laser spectroscopique entièrement intégrée. Elle supprime le processus laborieux d'alignement précis de toutes les pièces d'un système laser conventionnel.

La percée est intervenue après que l'équipe a affiné les aspects clés de la conception du système - la géométrie et le matériau du guide d'ondes, et la longueur d'onde de la source laser d'origine. "L'élaboration d'un système aussi simple mais efficace et robuste a nécessité beaucoup de travail de conception, " dit Camille Brès, coordinateur de projet et responsable du laboratoire de systèmes photoniques, partie de l'École d'ingénieurs de l'EPFL.

Spectroscopie sur puce

Cette avancée ouvre la voie aux technologies miniaturisées à infrarouge moyen, une gamme de longueurs d'onde avec laquelle les scientifiques ont rarement l'occasion de travailler. « Une fois que nous aurons développé davantage le système, nous pourrions bien voir des détecteurs sur puce que les scientifiques peuvent facilement mettre en œuvre sur le terrain, " ajoute Brès.