Goedkope spectrometrie?

5 november 2018, 18:09
Een verzameling mini-spectrometer-chips
(foto: Felice Frankel).
Een verzameling mini-spectrometer-chips
(foto: Felice Frankel).

Spectrometers — apparaten die verschillende golflengten licht kunnen onderscheiden en die worden gebruikt om de chemische samenstelling van van alles en nog wat te bepalen — van monsters in een laboratorium tot sterren op vele lichtjaren afstand. Ongeacht het fabrikaat hebben ze twee dingen gemeen: het zijn grote apparaten en er hangt een prijskaartje aan met een bedrag van minstens zes cijfers voor de komma. Ze worden aangetroffen in grote universiteits- en industriële laboratoria en observatoria.

Massaproductie

Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hebben echter een manier gevonden op uiterst kleine spectrometers te produceren die net zo krachtig en nauwkeurig zijn, maar die massageproduceerd kunnen worden met behulp van bestaande processen om chips te maken. Dit zou nieuwe toepassingen van spectrometrie mogelijk kunnen maken die tot nog toe fysiek en financieel onmogelijk waren. De ontdekking is gepubliceerd in Nature Communications.

Uitdaging

De grootste uitdaging bij het bouwen van spectrometers op chipformaat is de grootte: de mogelijkheid van een apparaat om licht in de samenstellende golflengtes te splitsen met behulp van conventionele optische systemen is sterk afhankelijk van de afmetingen: als die afnemen, nemen de prestaties ook af.

Fourier-transformatie

Een ander type spectrometer maakt gebruik van een mathematische benadering; Fourier-transformatie. Hier blijft echter het probleem van de afmetingen bestaan: voor goede prestaties is een lange optische weg nodig.

Optische schakelaar

Het systeem dat aan het MIT is ontwikkeld, is gebaseerd op optische schakelaars die een lichtstraal tussen verschillende optische wegen met verschillende lengte kunnen omschakelen. Deze geheel elektronische schakelaars elimineren de noodzaak van beweegbare spiegels die bij de bestaande uitvoeringen noodzakelijk zijn. Bovendien kunnen deze schakelaars goedkoop worden geproduceerd.

Machten van twee

Door weglengtes te gebruiken die telkens een factor twee verschillen, kunnen deze op diverse manieren worden gecombineerd om een exponentieel aantal discrete weglengtes te verkrijgen; dit leidt uiteindelijk tot een spectrale resolutie (oplossend vermogen) die exponentieel toeneemt met het aantal optische schakelaars op de chip.

Bron: MIT
Reacties worden ingeladen...
gerelateerde items