Kızılötesi ışık için yeni bir filtre, tarama ve tarama teknolojisinin fiyat ve boyutta düştüğünü görebilir. Nanoteknoloji üzerine inşa edilen yeni ısıya dayandırılabilir filtre, hantal, ağır ve maliyeti 10.000 $ ‘dan 100.000 dolara kadar olan mevcut masaüstü kızılötesi spektroskopi kurulumlarının yerini almak için el tipi, sağlam teknolojiyi vaat ediyor.
Yeni teknoloji silikon teknolojisi üzerine inşa edildiğinden, üretimi, maliyetleri filtre başına 1 doların altına itme potansiyeli ile ölçeklenebilir.
Araştırma grubuna liderlik eden Dönüştürücü Meta-Optik Mükemmeliyet Merkezi (TMOS) direktör yardımcısı Profesör Kenneth Crozier, “Orta kızılötesi teknolojik gelişim için olgunlaştı” dedi.
“Yüksek performanslı sistemler mevcuttur, ancak pahalıdır. Bu daha küçük, daha hafif, düşük güçlü teknoloji birçok uygulama açabilir; örneğin, süt ve zeytinyağı gibi tarımsal ürünlerin saha testi ve geri dönüştürülmüş malzemelerin taranması ve sıralanması.”
Araştırma şurada yayınlandı Lazer ve Fotonik İncelemeleri.
Birçok malzeme, kızılötesi spektrumun farklı kısımlarını emme biçimlerinden kolayca tanımlanabilir, bu nedenle kızılötesi spektroskopi, örneğin endüstriyel süreçlerde kirleticilerin izlenmesi için yararlıdır.
Spektroskopi, ışık kaynağını, kızılötesi ışığı yaymak için geleneksel olarak bir ızgara veya prizma ile yapılan bir spektruma yaymaya dayanır: spektrumun farklı kısımları ızgarayı ileri geri eğerek numuneye gönderilir.
Sağlamlık için, TMOS ekibi bunun yerine, kızılötesi spektrumun belirli kısımlarını bir bant geçiren filtre şeklinde seçmek için hareket etmeyen bir bileşen seçti. TMO’lar içinde, bileşen davranışını değiştirmek için ısıtma kullanan diğer araştırmalardan yararlanarak, sıcaklığa bağlı bant geçiren dalga boyuna sahip bir filtre tasarladılar.
Bu, kırılma indisi sıcaklık ile sorunsuz bir şekilde değişen silikondan filtreyi yaparak mümkün olur.
“Bu konuda en güzel şey, çok kararlı ve geri dönüşümlü olmasıdır,” dedi Ph.D. TMOS öğrencisi.
Silikondan bant geçiren davranışı oluşturmak için ekip, bir metasurface, yaklaşık 1.5 mikron kalınlığında bir silikon tabakası kullandı ve bir safir tabakası üzerinde oturan bir dizi nano ölçekli özellik ile (AL2O3) 470 mikron kalınlığında.
Başlangıçta Russell, iki olası çözüm bularak metasurface boyutlarını modelledi: 1.002 nm derinliğinde, 1.683 nm aralıklı paralel oluklar ve 1.060 nm derinliğinde ve 1.684 nm arayla geçti. Paralel oluklar daha iyi spektral özellikler verirken, ışığın polarizasyonuna duyarlıyken, iki boyutlu, çapraz desen değildi.
Daha sonra Russell, her ikisinin de paterni dikkatlice hazır bir silikon silikon gofret haline getirerek-başlangıçta gravür oranını hafife aldığı için birkaç tekrara ihtiyaç duyan prototipler yarattı.
Tabii ki, bitmiş prototip, standart çalışma sıcaklıkları boyunca 25 ° C’den 420 ° C’ye kadar 80 nanometrelik doğrusal bir dalga boyu kayması göstererek modellenmiş gibi davrandı. Kriyojenik sıcaklıklara daha aşırı ısıtma ve soğutma, bunu 140 nm’ye kadar uzattı – ancak bu uçların gelecekte pratik kullanımı olası olmasa da.
Kararlı sıcaklık ayarlaması elde edildiğinde, ekip filtrenin spektroskopik özelliklerini bir dizi günlük öğe üzerinde test etti, örneğin polimid bandını ve çinko selenid penceresini başarıyla ölçtü.
Ayrıca, farklı kompozisyon, LDPE ve PET’in iki açık, geri dönüştürülebilir plastiklerini kolayca ayırt edebildikleri için memnun oldular.
Araştırmacılar, “Çevresel izleme, tarım ve endüstriyel süreç kontrolü ve güvenliğindeki insanlar, portatif kızılötesi spektroskopi araçlarının faydasını zaten anlıyor. Kompakt, ucuz ve güvenilir spektrometrelerin çoğalması bir nimet olacak ve sonuçlarımız bize bir adım daha yaklaştırıyor.”
