La combinación de fotones “inactivos” de infrarrojo medio con fotones “de señal” de infrarrojo cercano podría permitir la fabricación de maquinaria más económica, compacta y eficiente, con aplicaciones que van desde el monitoreo de gases de efecto invernadero hasta el diagnóstico médico.
La espectroscopía de infrarrojo medio (IR) ha demostrado una amplia capacidad para capturar “huellas dactilares” moleculares a través de la absorción, emisión o reflexión de la luz infrarroja, una característica que se ha vuelto indispensable en diversos campos, como el monitoreo de gases de efecto invernadero y el diagnóstico respiratorio médico. Sin embargo, su adopción generalizada se ve obstaculizada por la falta de máquinas compactas, rentables y eficientes. Estos problemas se deben, en parte, a las bajas energías de los fotones.
Xue y su equipo desarrollaron un espectrómetro de gases de infrarrojo medio utilizando componentes ópticos de infrarrojo cercano que evitan el uso de fotones de infrarrojo medio. El grupo formó pares de fotones de infrarrojo medio e infrarrojo cercano aprovechando la absorción del fotón de infrarrojo medio debido a su correlación cuántica. Su dispositivo ofrece una opción para la detección cuántica en una microcavidad óptica que utiliza el modo de galería susurrante (WGM), en el que las ondas viajan alrededor del perímetro de la cavidad.
Además, lo hace eliminando por completo los componentes de infrarrojo medio, lo que le confiere una ventaja sobre los sistemas tradicionales de infrarrojo medio que requieren múltiples fuentes y detectores de luz para diferentes analitos.
“Al reemplazar los costosos componentes de infrarrojo medio con piezas de infrarrojo cercano, nuestro trabajo hace que la detección de infrarrojo medio –que antes era costosa– sea accesible para laboratorios, industrias y otras aplicaciones”, afirmó Wenjie Wan, autor del estudio. “Nuestra integración de microcavidades WGM proporciona un modelo para sensores cuánticos compactos. Hemos resuelto un cuello de botella de larga data en la detección de múltiples gases mediante la sintonización del canal de detección de la señal, lo que hace factible lograr sensores portátiles de múltiples analitos.”
Al hacer coincidir los fotones “inactivos” de infrarrojo medio con la huella de absorción de los gases objetivo, el grupo detectó con éxito los picos de absorción de infrarrojo medio de dióxido de carbono y amoníaco utilizando únicamente fotones “de señal” de infrarrojo cercano.
El equipo ahora se enfoca en explorar qué parámetros pueden aumentar la sensibilidad y cómo adaptar el sistema para la espectroscopía de alta resolución, al tiempo que prueba la detección simultánea de múltiples gases.
Fuente: “On-chip mid-infrared spectroscopy without mid-infrared photons,” por Boyi Xue, Renhong Gao, Yicheng Zhu, Hengzhe Yan, Jiankun Hou, Xianfeng Chen, Ya Cheng, Jintian Lin, Li Ge, y Wenjie Wan, Applied Physics Reviews (2026). El artículo puede ser accedido en https://doi.org/10.1063/5.0291359 .
Este artículo forma parte de la Colección de Detección Cuántica, más información aquí .
