Новые технологии могут помочь понять, что с вами не так

Некоторые люди делают такие умные и трудные вещи, что трудно понять, какое отношение они могут иметь к вам и ко мне, поэтому мы просто отмахиваемся от них. Но это часто неправильный ответ.

Что, если бы у вас дома был простой гаджет, который мог бы сказать вам, почему вы чувствуете себя так паршиво?

Что, если бы этот гаджет мог в кратчайшие сроки проверить, есть ли у вас COVID или грипп, или, может быть, он даже обнаружил бы, что у вас диабет, не подозревая об этом? Устройство может понять все это без необходимости идти к врачу или в лабораторию.

Лучше сохраняет свет

Эта технология может стать реальностью в течение нескольких лет, и инженеры-электрики — одни из тех, кто делает возможным создание таких устройств, которые содержат ключевой компонент, называемый микрорезонатором режима шепчущей галереи.

Новая технология обеспечивает улучшенные оптические датчики, которые важны для электроники, включая устройства, которые анализируют химические вещества с помощью света.

Мы создали микрорезонатор с режимом шепчущей галереи с наименьшими потерями для длинноволнового инфракрасного спектра. Поскольку длинноволновый инфракрасный спектр дает точную информацию о химических веществах, он открывает новые возможности для сенсорных приложений».

Диндин Рен, научный сотрудник, Департамент электронных систем Норвежского университета науки и технологии (NTNU)

Подробнее о том, что такое микрорезонатор, мы поговорим далее в статье. Но сначала вернемся к Рену. Он и его коллеги разработали новый микрорезонатор в режиме шепчущей галереи, который может намного дольше сохранять свет для определенных длин волн в резонансе.

«Наш микрорезонатор примерно в 100 раз лучше, чем то, что было доступно ранее для длинноволнового инфракрасного спектра», — говорит Рен.

«Он может удерживать свет в 100 раз дольше, чем предыдущие версии, что усиливает внутреннее оптическое поле и значительно упрощает нелинейные процессы, такие как генерация частотной гребенки», — сказал он.

Открывает большие возможности

Более эффективное хранение световых волн в инфракрасной части светового спектра является хорошей новостью для нескольких типов новых технологий, особенно для обнаружения частиц и спектроскопической химической идентификации, которые анализируют образец газа / жидкости для проверки на наличие вирусов, бактерий и других гадостей, которые могут у вас быть. .

Новый микрорезонатор означает, что с помощью этих устройств ученые могут разрабатывать широкополосные частотные гребенки в длинноволновом инфракрасном спектре. А что это могут быть?

Частотные гребенки — это лазерные лучи, спектр которых состоит из серии дискретных, равноотстоящих друг от друга частотных линий. Их можно найти в различных местах, например, в вашем GPS, в атомных часах и в оптоволоконном оборудовании, используемом в телефонах и компьютерах. Эта технология также открывает двери для одновременного анализа нескольких химических веществ, если доступна широкополосная частотная гребенка в длинноволновом инфракрасном спектре.

«Технология все еще находится на начальном этапе, когда дело доходит до измерений в этом длинноволновом инфракрасном спектре света. Но наше усовершенствование дает нам возможность в ближайшем будущем идентифицировать несколько различных химических веществ в режиме реального времени», — говорит Рен.

Такие спектроскопические машины уже существуют, например инфракрасный интерферометр с преобразованием Фурье, но они такие большие и дорогие, что их могут себе позволить только больницы и крупные бюджетные учреждения. Другие, немного более простые машины могли бы анализировать несколько химических веществ, но не многие сразу — в отличие от того, что могла бы сделать новая технология.

Рен тесно сотрудничал с профессором Дэвидом Бургхоффом и его коллегами из Университета Нотр-Дам в США.

«Конкуренция в этой области жесткая, — говорит Рен.

Новый микрорезонатор выполнен с использованием германиевого элемента. Этот материал может показаться экзотическим, но он использовался в первом в мире транзисторе еще в 1947 году, до того, как кремний захватил этот рынок.

Сегодня германий часто используется в оптических линзах в датчиках и инфракрасных камерах, и, следовательно, он не является ни особенно редким, ни дорогим. Это также является преимуществом при выводе теории на рынок.

Что такое микрорезонаторы?

Микрорезонаторы, представляющие собой тип оптических полостей, могут хранить сильное оптическое поле в очень маленьком объеме. Их можно преобразовать в геометрию следов или дисков, но обычно они имеют микроразмеры, подобные толщине волоса. Свет распространяется внутри микрорезонатора по кругу, поэтому оптическое поле усиливается.

«Мы можем сравнить микрорезонатор со звуком в шепчущей галерее собора Святого Павла в Лондоне», — говорит Рен.

Эта эллиптическая галерея произвела известное явление. Вы можете шептать на одном конце, и люди на другом конце комнаты могут слышать вас, хотя обычно они не могут вас слышать на таком расстоянии. Звуковые волны усиливаются формой комнаты и стен, так световые волны ведут себя в микрорезонаторе. Вы можете прочитать исследовательскую статью, если хотите лучше понять это явление. Ссылку можно найти внизу статьи.

На деньги Fripro

Рен финансирует исследование за счет гранта проекта Fripro от Исследовательского совета Норвегии, который длится три года. Деньги Fripro идут на фундаментальные исследования.

«Мы пообещали, что разработаем лучший микрорезонатор, и нам это удалось», — сказал Рен. Исследовательская группа выполнила свое обещание.

Потрясающая работа

Бьорн-Уве Фимланд и Астрид Акснес, оба профессора кафедры электронных систем NTNU, давали советы.

«Рэн проделал отличную работу, что подтверждается тем фактом, что его статья была опубликована в Связь с природой“, – говорит Акснес.

«Тот факт, что теперь мы можем измерять в длинноволновом ИК-диапазоне (8–14 мкм, или микрометры) светового спектра, открывает множество возможностей для использования в визуализации и обнаружении, мониторинге окружающей среды и биомедицинских приложениях», — говорит Акснес.

«Многие молекулы имеют основные колебательные полосы в средневолновом ИК-диапазоне (2–20 мкм), так называемую «область молекулярных отпечатков пальцев». Измеряя в этом диапазоне волн, мы достигаем более высокой чувствительности», — говорит она.