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Certaines personnes font des choses si intelligentes et si difficiles qu’il est difficile de voir ce qu’elles pourraient avoir à voir avec vous et moi, alors nous les ignorons. Mais c’est souvent la mauvaise réponse.
Et si vous aviez un simple gadget à la maison qui pourrait vous dire pourquoi vous vous sentez si mal ?
Et si ce gadget pouvait en peu de temps vérifier si vous avez le COVID ou la grippe – ou peut-être même qu’il détecterait que vous souffrez de diabète sans le savoir ? L’appareil pourrait comprendre tout cela sans que vous ayez à vous rendre chez un médecin ou dans un laboratoire.
Sommaire
Cette technologie pourrait devenir une réalité d’ici quelques années, et les ingénieurs électriciens font partie des personnes qui permettent de créer de tels gadgets, qui contiennent un composant clé appelé le microrésonateur en mode galerie chuchotant.
La nouvelle technologie fournit de meilleurs capteurs optiques, qui sont importants pour l’électronique, y compris les appareils qui analysent les produits chimiques à l’aide de la lumière.
Nous avons construit le microrésonateur en mode galerie de chuchotement à faible perte pour le spectre infrarouge à ondes longues. Parce que le spectre infrarouge à ondes longues fournit des informations définitives sur les produits chimiques, il offre de nouvelles possibilités pour les applications de détection. »
Dingding Ren, chercheur, Département des systèmes électroniques de l’Université norvégienne des sciences et technologies (NTNU)
Nous parlerons plus en détail de ce qu’est un microrésonateur plus tard dans l’article. Mais revenons d’abord à Ren. Lui et ses collègues ont développé un nouveau microrésonateur en mode galerie chuchotant – qui peut stocker la lumière pour certaines longueurs d’onde beaucoup plus longtemps dans la résonance.
« Notre microrésonateur est environ 100 fois meilleur que ce qui était disponible auparavant pour le spectre infrarouge à ondes longues », explique Ren.
« Il peut retenir la lumière 100 fois plus longtemps que les versions précédentes, ce qui amplifie le champ optique à l’intérieur et facilite beaucoup les processus non linéaires, tels que la génération de peignes de fréquence », a-t-il déclaré.
Stocker plus efficacement les ondes lumineuses dans la partie infrarouge du spectre lumineux est une bonne nouvelle pour plusieurs types de nouvelles technologies, en particulier pour la détection de particules et l’identification chimique spectroscopique qui analysent un échantillon de gaz/liquide pour rechercher des virus, des bactéries et d’autres agents nocifs que vous pourriez avoir. .
Le nouveau microrésonateur signifie que les scientifiques peuvent développer des peignes de fréquence à large bande dans le spectre infrarouge à ondes longues à l’aide de ces dispositifs. Et qu’est-ce que cela pourrait être?
Les peignes de fréquence sont des lumières laser dont le spectre consiste en une série de lignes de fréquence discrètes et également espacées. Ceux-ci peuvent être trouvés à divers endroits, comme dans votre GPS, dans les horloges atomiques et dans les équipements à fibre optique utilisés dans les téléphones et les ordinateurs. La technologie ouvre également la porte à l’analyse simultanée de plusieurs produits chimiques, si un peigne à large bande est disponible dans le spectre infrarouge à ondes longues.
« La technologie en est encore à ses débuts en ce qui concerne les mesures dans ce spectre de lumière infrarouge à ondes longues. Mais notre amélioration nous donne la possibilité d’identifier plusieurs produits chimiques différents en temps réel dans un avenir proche », explique Ren.
Ce type de machine spectroscopique existe déjà, comme ce qu’on appelle un interféromètre infrarouge à transformée de Fourier, mais ils sont si gros et si chers que seuls les hôpitaux et les institutions à gros budget peuvent se les offrir. D’autres machines légèrement plus simples pourraient être capables d’analyser quelques produits chimiques, mais pas beaucoup à la fois, contrairement à ce que la nouvelle technologie pourrait rendre possible.
Ren a travaillé en étroite collaboration avec le professeur David Burghoff et ses collègues de l’Université de Notre Dame aux États-Unis.
« La concurrence est féroce dans ce domaine », déclare Ren.
Le nouveau microrésonateur est fabriqué à partir de l’élément germanium. Le matériau peut sembler exotique, mais il a été utilisé dans le premier transistor au monde dès 1947, avant que le silicium ne prenne le contrôle de ce marché.
Aujourd’hui, le germanium est fréquemment utilisé dans les lentilles optiques des capteurs et des caméras infrarouges, et il n’est par conséquent ni particulièrement rare ni coûteux. Ce sont également des avantages lorsque la théorie va être mise sur le marché.
Les microrésonateurs, qui sont un type de cavités optiques, peuvent stocker un champ optique élevé dans un très petit volume. Ils peuvent être transformés en une géométrie de trace ou de disque, mais ils sont généralement à une dimension microscopique, similaire à l’épaisseur d’un cheveu. La lumière se déplace à l’intérieur du microrésonateur en cercles, de sorte que le champ optique est amplifié.
« Nous pouvons comparer le microrésonateur à ce qui se passe avec le son dans la galerie des chuchotements de la cathédrale Saint-Paul à Londres », explique Ren.
Cette galerie elliptique a produit un phénomène célèbre. Vous pouvez chuchoter à une extrémité et les personnes à l’autre bout de la pièce peuvent vous entendre, même si elles ne pourraient normalement pas vous entendre à cette distance. Les ondes sonores sont amplifiées par la forme de la pièce et des murs, c’est ainsi que se comportent les ondes lumineuses dans le microrésonateur. Vous pouvez lire l’article de recherche si vous voulez essayer de mieux comprendre ce phénomène. Le lien se trouve en bas de l’article.
Ren finance la recherche grâce à une subvention de projet Fripro du Conseil de la recherche de Norvège, qui dure trois ans. L’argent de Fripro est dédié à la recherche fondamentale.
« Nous avons promis de développer un meilleur microrésonateur, et nous avons réussi », a déclaré Ren. Le groupe de recherche a tenu sa promesse.
Bjørn-Ove Fimland et Astrid Aksnes, tous deux professeurs au département des systèmes électroniques de NTNU, ont fourni des conseils en cours de route.
« Ren a fait un excellent travail, qui est soutenu par le fait qu’il a eu un article publié dans Communication Nature« , dit Aksnes.
Le fait que nous puissions désormais mesurer dans la gamme IR à ondes longues (8-14 µm ou micromètres) du spectre lumineux ouvre de nombreuses possibilités en matière d’utilisation dans l’imagerie et la détection, la surveillance environnementale et les applications biomédicales, explique Aksnes.
« De nombreuses molécules ont des bandes vibratoires fondamentales dans la gamme IR à ondes moyennes (2-20 µm), la soi-disant » région d’empreinte moléculaire « . En mesurant dans cette gamme d’ondes, nous obtenons une sensibilité plus élevée », dit-elle.
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