Eräs tyyppi lasereita tuottaa taajuuskampatyyppisen värien kirjon tasaisin välein. Tällaiset taajuuskammat sopivat hyvin erilaisten kemiallisten aineiden havaitsemiseen. Wienin teknisessä yliopistossa (TU Wien) taajuuskampalaser on saatu erittäin pieneen tilaan, jolloin voidaan puhua millimetrien kokoisesta kemian analyysilaitteesta. Tämän uuden patentoidun tekniikan avulla taajuuskammat voidaan luoda yhdellä sirulla hyvin yksinkertaisella ja kestävällä tavalla. Tekniikan avulla on helppo rakentaa spektrometri kahdella taajuuskammalla, kertoo tutkimushanketta johtanut Benedikt Schwarz.
- On mahdollista käyttää eri taajuuksien välisiä iskuja, jotka ovat samankaltaisia kuin akustiikka, jos kuuntelette kahta erilaista ääntä samankaltaisella taajuudella. Käytämme tätä uutta menetelmää, koska se ei vaadi liikkuvia osia ja antaa meille mahdollisuuden kehittää pienikokoinen kemian laboratorio millimetrien mitoilla, Schwarz kuvaa.
Wienin teknillisessä yliopistossa taajuuskammat tuotetaan kvanttikaskadilaserilla. Nämä erikoislaserit ovat puolijohdekomponentteja, jotka koostuvat monista eri kerroksista. Kun sähkövirta ajetaan rakenteen läpi, laser emittoi valoa infrapuna-alueella. Valon ominaisuuksia voidaan hallita säätämällä kerrosrakenteen geometriaa.
- Tietyn taajuisella sähköisen signaalin avulla pystymme hallitsemaan kvanttiakaskadilaseriamme ja saada sen emittoimaan sarjan valotaajuuksia, jotka kaikki koplataan yhteen, kertoo tekniikasta Nature Photonics -lehteen julkistetun artikkelin ensimmäinen kirjoittaja Johannes Hillbrand.
- Järjestelmämme on vankka, joten sillä on ratkaiseva etu verrattuna kaikkiin muihin taajuuskampatekniikoihin: se voidaan helposti miniaturisoida. Emme tarvitse linssijärjestelmiä, ei liikkuvia osia eikä optisia isolaattoreita, joten tarvittavat rakenteet ovat pieniä. Koko mittausjärjestelmä voidaan sijoittaa millimetrien sirulle, toteaa Benedikt Schwarz yliopistonsa tiedotteessa.
Koska kvanttikaskadilaser taajuuskampa tuottaa infrapunan alueella olevaa valoa sen avulla voidaan monet tärkeimmistä molekyyleistä havaita parhaiten. Erilaiset ilman epäpuhtaudet, mutta myös biomolekyylit, joilla on tärkeä tehtävä lääketieteellisessä diagnostiikassa, absorboivat erittäin spesifisiä infrapunan säteilytaajuuksia. Tätä kutsutaan usein molekyylien optisiksi sormenjäljiksi.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 17.12.2018
