Физики разместили лазерный химический анализатор на микрочипе

Физики разместили лазерный химический анализатор на микрочипе

Ученые из Российского квантового центра, Политехнической школы Лозанны (EPFL), МГУ и МФТИ разработали технологический процесс производства компактных лазерных химических анализаторов на базе оптических частотных гребенок, совместимый со стандартными технологическими процессами, которые используются для производства «обычной» электроники. Детали разработки описаны в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
 
«Вся система может уместиться в объеме менее кубического сантиметра и, что самое важное, требует источник тока мощностью лишь 1 ватт — то есть обычную батарейку. Совместимость со стандартными технологиями производства электроники, простота оптической схемы и низкая стоимость делают эту систему крайне привлекательной для массового производства», — говорит один из ведущих авторов исследования Андрей Волошин.
Оптические частотные гребенки, за создание которых в 2005 году была присуждена Нобелевская премия по физике, используются как основа для устройств, способных генерировать последовательность фемтосекундных импульсов света. Их излучение имеет спектр в виде «гребенки», то есть множества узких спектральных линий, разделенных равными частотными промежутками. Такие лазерные «линейки» можно использовать для телекоммуникации, в спутниковой навигации, в астрофизике. В частности, с их помощью можно проводить очень точные и быстрые спектроскопические измерения и, следовательно, определять химический состав веществ. Но широкое применение устройств на основе оптических гребенок ограничено из-за их сложности, большого размера и высокой стоимости.
 
Проще всего генерировать такие гребенки можно с помощью микрорезонаторов, «колец» или дисков из оптических материалов, где излучение лазера накачки из-за нелинейности материала превращается в частотную гребенку. Ранее группа под руководством ныне покойного профессора МГУ Михаила Городецкого, основавшего лабораторию когерентной микрооптики и радиофотоники в РКЦ, разработала метод генерации частотных гребенок  в микрорезонаторах с помощью дешевых и компактных лазерных диодов вместо дорогих монохроматических лазерных систем. Эта работа, опубликованная в Nature Photonics в 2018 году, открыла дорогу к созданию дешевых и компактных лазерных спектрометров.
 
Теперь эта же группа продемонстрировала новый способ генерации гребенок с использованием исключительно интегральных элементов. Это означает, что для создания оптической схемы необязательно использовать отдельные оптические элементы, такие как линзы, призмы и зеркала, как это делалось в оптике обычно и что крайне неудобно, когда вам нужно организовать массовое производство миниатюрных оптических устройств. Современные литографические технологии позволяют создавать специальные волноводы для лучей света. Излучение лазеров может генерироваться в таких волноводах, делиться на разные каналы, проходить через специальные фильтры и так далее. Фактически маленький диод в лазерной указке и есть кусочек такого волновода. Важно, что такие волноводы могут быть изготовлены с помощью стандартной КМОП-технологии (комплементарный металл–оксид–полупроводник), используемой в промышленных масштабах для производства электронных микросхем.
 
В созданном авторами статьи устройстве впервые в мире для накачки оптического микрорезонатора из нитрида кремния использовался недорогой лазерный диод. Микрорезонатор с диаметром намного меньше миллиметра имеет крайне низкий уровень потерь за счет особого метода послойного напыления — «Damascene process», сходного с методом производства дамасской стали.
 
«Часть излучения, циркулировавшая внутри микрорезонатора, попадала обратно в лазерный диод, что обеспечивало быструю оптическую обратную связь. Благодаря этому процессу, который в радиофизике называют „затягиванием“, система работала как мощный стабилизированный лазер, а в микрорезонаторе генерировалась оптическая гребенка с высокой степенью когерентности и частотой 88 гигагерц», — объясняет соавтор исследования Софья Агафонова из МФТИ.
 
«Простую и дешевую оптическую гребенку, которая встраивается в оптические интегральные схемы, можно использовать во многих фотонных системах нового поколения, например, в лидарах, для спектроскопии и высокоскоростной передачи данных», — замечает профессор МГУ Игорь Биленко, руководитель лаборатории РКЦ, в которой велась работа.
 
В дальнейшем ученые планируют разработать компактный спектрометр, многочастотный источник узкополосного лазерного излучения. Для этого необходимо развить технологию производства фотонных интегральных устройств.
 
https://mipt.ru/news/fiziki_razmestili_lazernyy_khimicheskiy_analizator_na_mikrochipe

28.02.19

Заказать разработку маркетингового исследования по любой отрасли (или купить готовое) можно в агентстве MegaResearch: megaresearch.ru: 1 место в рейтинге Motton Pik, среди топ-50 агентств.

назад

Другие статьи по теме
29.07.19
Завод по производству полимерной ленты запущен в Наро-Фоминске

Производство полимерной ленты ООО "Экструзионные технологии" (принадлежит испанской компании Coexpan) запущено в подмосковном Наро-Фоминске.

29.07.19
”Ижорские заводы” успешно отгрузили оборудование для ПАО ”Татнефть”

Ижорские заводы, входящие в Группу ОМЗ, отгрузили партию оборудования для Установки гидроочистки средних дистиллятов Комплекса нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов ПАО «Татнефть».

29.07.19
ТМХ отправил три рельсовых автобуса РА-3 в Сахалинскую область

Торжественная отправка трех составов рельсовых автобусов РА-3 состоялась на предприятии Метровагонмаш (МВМ, входит в состав АО «Трансмашхолдинг»).

29.07.19
В Вологодской области началось строительство комплекса для выращивания семги

Предприятие начнет работу в 2020 году.

29.07.19
В Наро-Фоминске открылся завода испанской компании Coexpan

Сегодня на территории индустриального парка «Котово» в городском округе Наро-Фоминск открылся новый завод по производству экологически безопасной упаковки для пищевых продуктов испанской компании Coexpan.

29.07.19

Компания "ЭкоНива" запустила сегодня в Калужской области 3 животноводческих комплекса общим объемом инвестиций в 8,5 млрд рублей.

29.07.19
В Югре запущено новое производство насосно-компрессорных труб

В ходе рабочего визита в Пыть-Ях губернатор Югры Наталья Комарова приняла участие в запуске нового цеха по производству и ремонту насосно-компрессорных труб предприятия «Тюбинг Технолоджи Югра».

08.07.19
На Вологодчине начато строительство первого в России завода по производству CLT-панелей

После выхода на проектную мощность предприятие будет ежегодно производить до 250 тысяч квадратных метров современных, экологически чистых строительных материалов, не имеющих аналогов в стране.

08.07.19
Единственная в Ставропольском крае солнечная электростанция запущена в работу

В эксплуатацию введена первая очередь Старомарьевской солнечной электростанции — СЭС «Ташла» мощностью 12,5 МВт.

08.07.19
«Мираторг» увеличил производство высококачественной говядины в первом полугодии 2019 года на 34% - до 69 тысяч тонн

АПХ «Мираторг», крупнейший инвестор в агропромышленный комплекс России.

08.07.19
Крымский мост помог спасти популяцию осетровых

Рыбоводы Кубани завершили выпуск молоди русского осетра по экопрограмме Крымского моста.

04.06.19
Верхневолжский СМЦ вложил 1,1 млрд руб. в производство решетчатого настила для промышленных платформ и лестниц

ООО "Верхневолжский сервисный металлоцентр" (Верхневолжский СМЦ, Ивановская область, входит в ГК "ДиПОС") ввело в эксплуатацию новый производственный цех по выпуску сварного решетчатого настила, сообщает пресс-служба департамента внешних коммуникаций Фонда развития промышленности (ФРП).

04.06.19
В Воронежской области посадили более 1,5 тысяч га нового леса

В рамках реализации регионального проекта «Сохранение лесов» завершилась весенняя лесопосадочная кампания, проходившая в лесничествах области в марте-апреле.

04.06.19
Новое овощехранилище заработало в Курганской области

Благодаря существенной государственной поддержке и вложениям инвестора в Кетовском районе Курганской области реализованы два крупных инвестиционных проекта – заработало новое овощехранилище и плотина на реке Отнога.

04.06.19
Железногорский «Готэк» запустил в эксплуатацию новую высечную линию

Она предназначена для производства упаковки сложной конструкции из микрогофрокартона и гофрокартона.

04.06.19
Зелень на экспорт. Какие российские органические продукты захватят международный рынок

Согласно прогнозу Минсельхоза, к 2025 году российский рынок органической продукции может увеличиться с нынешних €160 млн до €5 млрд.

14.05.19
В Ивановской области появится новое производство жаккардовых и трикотажных полотен

Компания «Стеллини.ру» начинает реализацию инвестиционного проекта по строительству производственного комплекса полного цикла по выпуску жаккардовых и трикотажных полотен.

14.05.19
Новый вертолёт Ми-8 для санавиации поступил в Тверскую область

13 марта в Тверскую область прибыл новый вертолёт Ми-8 для нужд санитарной авиации региона. Поставка выполнена в рамках национального проекта «Здравоохранение».

14.05.19
Резидент «Сколково» презентовал инновационный противопожарный датчик

Извещатель GRAVITON Multi Sensor определяет возгорание по сопровождающему начальную стадию пожара специфическому изменению состава воздуха.

14.05.19
Завершена автоматизация нового производственного комплекса BIOCAD на территории «Нойдорф»

Завершен проект по автоматизации и оснащению Производственного комплекса №2 на территории ОЭЗ «Нойдорф».