Le spectromètre optique de taille microscopique fonctionne sur le spectre visible avec une résolution inférieure à 5 nm

Les spectromètres optiques sont des instruments polyvalents qui peuvent produire de la lumière et mesurer ses propriétés sur des portions spécifiques du spectre électromagnétique. Ces instruments peuvent avoir diverses applications possibles, par exemple, aider au diagnostic de pathologies, à l’analyse de systèmes biologiques et à la caractérisation de matériaux.

Les spectromètres conventionnels intègrent souvent des composants optiques avancés et des mécanismes sous-jacents complexes. Par conséquent, ils sont souvent encombrants et coûteux, ce qui limite considérablement leur utilisation en dehors des installations spécialisées, telles que les hôpitaux, les laboratoires et les instituts de recherche.

Ces dernières années, certains ingénieurs en électronique ont donc essayé de développer des spectromètres optiques plus compacts et abordables, plus faciles à déployer à grande échelle. Ces dispositifs sont généralement développés soit en suivant le même principe que celui qui sous-tend le fonctionnement des spectromètres classiques de plus grande taille, soit en utilisant des photodétecteurs à large bande en réseau, en conjonction avec des algorithmes de calcul.

Des chercheurs de l’Université chinoise de Hong Kong et d’autres instituts en Chine ont récemment conçu et fabriqué un nouveau spectromètre optique de petite taille, portable et économique. Ce spectromètre alternatif, présenté dans un article publié dans Électronique naturelleest basé sur un photodétecteur organique avec une réponse spectrale réglable en polarisation.

« Les spectromètres optiques miniaturisés pourraient être utiles dans les applications portables et portables », ont écrit Xie He, Yuanzhe Li et leurs collègues dans leur article. « De tels dispositifs sont généralement basés sur des réseaux de photodétecteurs qui fournissent des réponses spectrales distinctes ou utilisent des optiques dispersives miniaturisées complexes. Cependant, ces approches aboutissent souvent à des systèmes de grande taille, de l’ordre du centimètre. Nous présentons un spectromètre optique de taille microscopique basé sur un photodétecteur organique de type photomultiplication intégré à un espaceur optique avec une réponse spectrale réglable en biais. »

Le nouveau spectromètre optique développé par ces chercheurs repose sur une nouvelle méthode permettant de manipuler la localisation en fonction de la longueur d’onde de la génération de photoporteurs dans les photodiodes. Cette technique repose sur l’utilisation d’un contact tricouche composé d’un contact arrière transparent, d’un espaceur optique et d’un réflecteur arrière.

L’équipe a combiné ce contact avec une diode Schottky et une hétérojonction organique ternaire, pour créer un photodétecteur organique de type photomultiplication (PM-OPD). Les enregistrements collectés par ce photodétecteur ont ensuite été analysés par un algorithme de reconstruction.

« L’approche permet la reconstruction informatique d’un spectre de lumière incidente à partir de photocourants mesurés sous un ensemble de tensions de polarisation différentes », ont écrit He, Li et leurs collègues. « L’appareil, qui a une empreinte de 0,0004 cm²est capable de fonctionner à large bande sur toute la longueur d’onde visible avec une résolution inférieure à 5 nm.

Les chercheurs ont évalué leur spectromètre optique miniaturisé dans le cadre d’une série de tests et ont constaté qu’il obtenait des résultats remarquables, fonctionnant sur l’ensemble du spectre visible (~400–760 nm) avec une résolution inférieure à 5 nm. Pour démontrer davantage le potentiel de leur conception, ils l’ont utilisé pour fabriquer un réseau de capteurs spectroscopiques 8 x 8 pour l’imagerie hyperspectrale (c’est-à-dire une technique qui peut détecter les signatures spectrales uniques d’objets spécifiques en traitant les informations sur l’ensemble du spectre électromagnétique).

À l’avenir, la nouvelle approche présentée dans cet article pourrait inspirer le développement d’autres spectromètres optiques similaires de taille microscopique et plus abordables. Ces appareils pourraient, à leur tour, être utilisés pour créer de nouvelles technologies de pointe susceptibles de faire progresser la recherche et les pratiques médicales.

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