Espectrómetro óptico de tamaño micro funciona en todo el espectro visible con una resolución de menos de 5 nm.
20 de Julio de 2024 función
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por Ingrid Fadelli , Tech Xplore
Los espectrómetros ópticos son instrumentos versátiles que pueden producir luz y medir sus propiedades sobre porciones específicas del espectro electromagnético. Estos instrumentos pueden tener diversas aplicaciones posibles; por ejemplo, ayudar en el diagnóstico de condiciones médicas, el análisis de sistemas biológicos y la caracterización de materiales.
Los diseños de espectrómetros convencionales a menudo integran componentes ópticos avanzados y mecanismos subyacentes complejos. Como resultado, a menudo son voluminosos y costosos, lo que limita significativamente su uso fuera de instalaciones especializadas, como hospitales, laboratorios e institutos de investigación.
En los últimos años, algunos ingenieros electrónicos han estado tratando de desarrollar espectrómetros ópticos más compactos y asequibles que podrían ser más fáciles de implementar a gran escala. Estos dispositivos suelen desarrollarse siguiendo el mismo principio que subyace en el funcionamiento de los espectrómetros convencionales más grandes o a través del uso de fotodetectores de banda ancha en arreglo, en conjunto con algoritmos computacionales.
Investigadores de la Universidad China de Hong Kong y otros institutos en China diseñaron y fabricaron recientemente un nuevo espectrómetro óptico, portátil y económico de tamaño micro. Este espectrómetro alternativo, presentado en un artículo publicado en Nature Electronics, se basa en un fotodetector orgánico con respuesta espectral ajustable por polarización.
'Los espectrómetros ópticos miniaturizados podrían ser útiles en aplicaciones portátiles y vestibles', escribieron Xie He, Yuanzhe Li y sus colegas en su artículo. 'Estos dispositivos suelen basarse en matrices de fotodetectores que proporcionan respuestas espectrales distintas o utilizan ópticas dispersivas en miniatura complejas. Sin embargo, estos enfoques a menudo resultan en sistemas grandes del tamaño de centímetros. Informamos sobre un espectrómetro óptico de tamaño micro que se basa en un fotodetector orgánico del tipo fotomultiplicación integrado con un espaciador óptico y con respuesta espectral ajustable por polarización'.
El nuevo espectrómetro óptico desarrollado por estos investigadores se basa en un método recientemente introducido para manipular la ubicación dependiente de la longitud de onda de la generación de portadores de carga en fotodiodos. Esta técnica se basa en el uso de un contacto tricapa compuesto por un contacto posterior transparente, un espaciador óptico y un reflector posterior.
El equipo combinó este contacto con un diodo Schottky y una heterounión ternaria orgánica a granel, para crear un fotodetector orgánico del tipo fotomultiplicación (PM-OPD). Las grabaciones recopiladas por este fotodetector fueron luego analizadas por un algoritmo de reconstrucción.
'El enfoque permite la reconstrucción computacional de un espectro de luz incidente a partir de corrientes fotocurrentes medidas bajo un conjunto de diferentes voltajes de polarización,' escribieron He, Li y sus colegas. 'El dispositivo, que tiene una superficie de 0.0004 cm2, es capaz de funcionar en banda ancha a lo largo de toda la longitud de onda visible con una resolución inferior a 5 nm.'
Los investigadores evaluaron su espectrómetro óptico miniaturizado en una serie de pruebas y encontraron que logró resultados notables, operando en todo el régimen del espectro visible (~400–760 nm) con una resolución inferior a 5 nm. Para demostrar aún más el potencial de su diseño, lo utilizaron para fabricar una matriz de sensores espectroscópicos 8 x 8 para imágenes hiperespectrales (es decir, una técnica que puede detectar las firmas espectrales únicas de objetos específicos procesando información a lo largo del espectro electromagnético).
En el futuro, el nuevo enfoque presentado en este artículo podría inspirar el desarrollo de otros espectrómetros ópticos micro-sized similares y más asequibles. Estos dispositivos podrían, a su vez, utilizarse para crear nuevas tecnologías de vanguardia que podrían avanzar en la investigación y prácticas médicas.
Más información: Xie He et al, Un espectrómetro óptico de tamaño micro basado en un fotodetector orgánico con una respuesta espectral ajustable eléctricamente, Nature Electronics (2024). DOI: 10.1038/s41928-024-01199-9
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