El desarrollo de detectores ópticos cada vez más compactos y miniaturizados es esencial para su incorporación en diversos sectores, como por ejemplo el aeroespacial o en la medicina personalizada (organ-on-chip). El grupo de investigación ALF tiene una larga experiencia en la tecnología de microfabricación de elementos fotónicos por irradiación con pulsos láser ultracortos (femtosegundos). Esta tecnología permite la implementación de circuitos ópticos 3D embebidos en cualquier material dieléctrico transparente, y ha dado lugar al desarrollo de dispositivos eficientes ultracompactos como micro-láseres de guía de onda, biosensores o linternas fotónicas.
Recientemente, investigadores de ALF han trabajado conjuntamente con la Agencia Espacial Europea (ESA), el Centro Europeo de Investigación Espacial y Tecnología (ESTEC), el Instituto Federal Suizo de Tecnología (ETH-Zurich), los Laboratorios de Ciencia de Materiales y Tecnología suizos (EMPA), y la Universidad de Bassel, en el desarrollo de un espectrómetro miniaturizado ultracompacto. El dispositivo pertenece a la familia de espectrómetros “de transformada de Fourier”, y consta de un chip de LiNbO3 en el que se fabricó una guía de onda monomodal para el IR cercano, con un diseño optimizado para dirigir un pequeño flujo luminoso en la dirección vertical. En la parte superior del chip se coloca un nano-detector consistente en un nanohilo de oro perpendicular a la guía de onda, y una nanocapa de punto cuántico de HgTe. El hilo de oro actúa como elemento inductor de scattering o sonda de la luz confinada en la guía de onda, y la nanocapa crea una fotocorriente que es detectable. Para que el dispositivo funcione como espectrómetro, se coloca un espejo a la salida de la guía que crea una onda estacionaria en las proximidades del nanodetector. El desplazamiento de este espejo permite hacer un barrido de la onda confinada, obteniéndose la medida espacial de intensidad de la que se extrae el espectro por transformada de Fourier.
Esquema del dispositivo
Tras la fabricación, se ha demostrado su eficiente operación con resolución mejor que 50 cm-1 en el infrarrojo cercano. La parte activa del dispositivo tiene un volumen tan pequeño como 100 μm×100 μm×100 μm, por lo que podría integrarse en una nueva generación de satélites ultrapequeños.
Más información en:
M. Grotevent et al., “Integrated photodetectors for compact Fourier-transform waveguide spectrometers” Nature Photonics 17, 59 (2023). https://doi.org/10.1038/s41566-022-01088-7
