Los espectrómetros infrarrojos permiten la identificación de determinadas moléculas y compuestos químicos mediante la interacción de la radiación infrarroja y la materia. En estos sistemas ópticos, algunas longitudes de onda del haz de luz infrarroja son absorbidas al atravesar una muestra debido a las resonancias vibracionales y rotacionales de las moléculas que la componen. El espectro de la señal de entrada se recupera a partir del patrón de interferencia (dependiente de la longitud de onda) medido a la salida del espectrómetro mediante técnicas computacionales, proporcionando así información sobre la composición molecular de la muestra.
En el artículo, un equipo científico en el que participa el Instituto de Óptica ha demostrado experimentalmente un espectrómetro de transformada de Fourier espacialmente heterodino en un chip de silicio, que por primera vez implementa un sistema de recolección de luz de gran área para alimentar simultáneamente una matriz de 16 interferómetros de Mach-Zehnder. Aunque este tipo de espectrómetros miniaturizados poseen intrínsecamente un gran rendimiento óptico (también llamada ventaja de Jacquinot) debido a la distribución espacial de los múltiples interferómetros, los dispositivos reportados hasta la fecha no aprovechaban esta ventaja al usar una única guía de onda de entrada combinados con divisores de potencia, o bien múltiples entradas a las que se accedía individualmente. El gran rendimiento óptico conseguido con el sistema de recolección de luz propuesto junto con los algoritmos de corrección de errores, han permitido demostrar una resolución de 85 pm utilizando una apertura de entrada de gran área y fotodetectores integrados, sin degradación alguna en comparación con la iluminación individual de cada interferómetro y lectura con fotodetectores externos.
Este espectrómetro fotónico miniaturizado en un chip de silicio posee un inmenso potencial para ser utilizados en sistemas embarcados donde el peso, la robustez y el rendimiento óptico son parámetros claves. Sus principales aplicaciones incluyen diagnóstico médico, análisis biológico y ambiental, astrofísica y ciencia planetaria, entre otras.
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El trabajo es una colaboración entre el Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N) de la Université Paris-Sud y Université Paris-Saclay, el Instituto de Óptica, la University Grenoble Alpes and CEA, el National Research Council Canada y el Center for Research in Photonics de la University of Ottawa.
