Espectrômetro Infravermelho Ultracompacto: Chip de 2 cm² para Análise Química Portátil

Telefones celulares podem fazer quase tudo. Com esses dispositivos, pode até ser possível determinar o teor alcoólico de uma cerveja ou quão madura está uma fruta. Os espectrômetros infravermelhos usados hoje para análises químicas geralmente pesam vários quilogramas e são difíceis de integrar em um dispositivo portátil.

Um chip de cerca de 2 centímetros quadrados foi desenvolvido que pode ser usado para analisar luz infravermelha da mesma forma que um espectrômetro convencional, que divide a luz incidente em dois caminhos antes de refleti-la em dois espelhos. Os feixes de luz refletidos são recombinados e medidos com um fotodetector. Mover um dos espelhos cria um padrão de interferência que pode ser usado para determinar a proporção de diferentes comprimentos de onda no sinal de entrada. Como substâncias químicas criam lacunas características no espectro infravermelho, cientistas podem usar os padrões resultantes para identificar quais substâncias ocorrem na amostra de teste e em que concentração.

Este mesmo princípio está por trás do novo mini-espectrômetro; no entanto, no novo dispositivo, a luz incidente não é mais analisada com a ajuda de espelhos móveis. Em vez disso, ele faz uso de guias de onda especiais com um índice de refração óptico que pode ser ajustado externamente via campo elétrico. Variar o índice de refração tem um efeito semelhante ao que acontece quando os espelhos são movidos, permitindo a dispersão do espectro da luz incidente da mesma maneira.

Dependendo de como o guia de onda é configurado, pesquisadores podem examinar diferentes partes do espectro de luz. Em contraste com outros espectrômetros integrados que podem cobrir apenas uma faixa estreita do espectro de luz, o novo dispositivo pode analisar facilmente uma ampla seção do espectro. O espectrômetro precisa ser calibrado apenas uma vez, comparado a dispositivos convencionais que precisam de recalibração repetida e, como não contém partes móveis, requer menos manutenção.

Pesquisadores empregaram um material que também é usado como modulador na indústria de telecomunicações. Este material tem muitas propriedades positivas, mas, como guia de onda, ele confina a luz no interior. Isso é menos que ideal, pois uma medição só é possível se parte da luz guiada puder sair. Por essa razão, os pesquisadores anexaram estruturas metálicas delicadas aos guias de onda que espalham a luz para fora do dispositivo.