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Spettrometro a infrarossi in miniatura

19.10.2019

I ricercatori dell'Istituto Federale Svizzero di Tecnologia (ETH) hanno creato un minuscolo spettrometro a infrarossi che è abbastanza piccolo da stare su un chip semiconduttore e tuttavia "fornisce molte possibilità interessanti". Secondo i ricercatori, i chip con tali spettrometri possono essere utilizzati in una varietà di settori, dall'industria spaziale agli oggetti di uso quotidiano. Un esempio è l'integrazione nel design dei telefoni cellulari.

Con l'aiuto di uno spettrometro a infrarossi in uno smartphone e un'applicazione speciale, questo dispositivo diventa in grado di determinare il contenuto di alcol in un liquido, condurre una semplice analisi chimica di una sostanza, determinare il grado di maturità di frutta e verdura ed eseguire un numero di altre funzioni che saranno utili a persone di varie professioni.

Il principale risultato in tutto questo è la dimensione estremamente ridotta dello spettrometro. Gli spettrometri a infrarossi convenzionali attualmente utilizzati per l'analisi sono dispositivi costosi e ingombranti che pesano almeno pochi chilogrammi ed estremamente difficili da convertire in dispositivi portatili.

Uno spettrometro convenzionale divide la luce in due flussi, che vengono riflessi dagli specchi, aggiunti nuovamente in un certo modo e il risultato viene misurato da un fotosensore sensibile. Modificando la posizione di uno degli specchi, è possibile modificare l'immagine ottica risultante dall'aggiunta di due fasci di luce, il che consente di determinare la proporzione del contenuto di luce con diverse lunghezze d'onda nel segnale ottico in ingresso.

Lo spettrometro in miniatura utilizza esattamente lo stesso principio. Solo al posto degli specchi mobili, utilizza speciali guide d'onda, il cui indice di rifrazione della luce può essere modificato utilizzando un campo elettrico esterno. La modifica dell'indice di rifrazione in questo caso ha lo stesso effetto, simile all'effetto della modifica della posizione dello specchio.

Inoltre, modificando gli indici di rifrazione di due guide d'onda contemporaneamente, utilizzando uno spettrometro in miniatura, è possibile lavorare con diverse parti della gamma dell'infrarosso. Un altro indubbio vantaggio di questo dispositivo è che necessita di una calibrazione una tantum, che può essere eseguita presso il produttore subito dopo la produzione del chip o l'integrazione del chip nel dispositivo finale. Al contrario, gli spettrometri convenzionali richiedono la calibrazione prima di ogni corsa.

Il design del nuovo spettrometro a infrarossi in miniatura non ha parti mobili, il che lo rende estremamente affidabile. Ma, come ammettono gli stessi ricercatori, prima che la loro progenie possa essere utilizzata nei dispositivi mobili, dovranno svolgere una serie di lavori volti a migliorare le tecnologie e ad adeguare queste tecnologie alle esigenze della moderna produzione industriale.

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