超小型赤外分光計：2cm²チップでハンドヘルド化学分析を実現
携帯電話はほぼ何でもできます。これらのデバイスを使えば、ビールのアルコール含有量や果物の熟度を判定することさえ可能になるかもしれません。現在化学分析に使用されている赤外分光計は一般的に数キログラムの重量があり、ハンドヘルドデバイスへの統合は困難です。
約2平方センチメートルのチップが開発され、従来の分光計と同様に赤外光を分析できるようになりました。従来の分光計では入射光を2つの経路に分け、2つのミラーで反射させます。反射光ビームは再結合され、光検出器で測定されます。一方のミラーを動かすことで干渉パターンが生成され、入射信号に含まれるさまざまな波長の割合を決定できます。化学物質は赤外スペクトルに特徴的な欠損を生じるため、科学者たちは結果のパターンを用いて、試料にどの物質がどの濃度で含まれるかを特定できます。
この同じ原理が新しいミニ分光計にも採用されています。しかし、新デバイスでは入射光を可動ミラーで分析するのではなく、外部電場で光学屈折率を調整可能な特殊な波導路を利用します。屈折率を変化させることは、ミラーを動かしたときと同様の効果を持ち、入射光のスペクトルを同様に分散させることを可能にします。
波導路の構成によって、研究者たちは光スペクトルのさまざまな部分を調べられます。狭い波長範囲しかカバーできない他の集積分光計とは異なり、新デバイスはスペクトルの広い範囲を容易に分析できます。分光計は1回の校正で済み、従来デバイスのように繰り返し再校正する必要がなく、可動部品がないためメンテナンスも少なくて済みます。
研究者たちは、通信業界で変調器としても使用される材料を採用しました。この材料には多くの優れた特性がありますが、波導路としては光を内部に閉じ込めてしまいます。測定にはガイドされた光の一部が外部に出る必要があるため、これは理想的ではありません。このため、研究者たちは波導路に繊細な金属構造を取り付け、光をデバイスの外部へ散乱させるようにしました。
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