Un simple laser et une puce de quelques millimètres. Tels sont les deux ingrédients dont se sont servis des chercheurs du Phosl pour fabriquer une source de lumière qui sonde les molécules dans l’infrarouge moyen. De la taille d’une minuscule valise, le dispositif a le potentiel de sonder la présence de nombreux gaz, tels que les gaz à effet de serre, et même certaines molécules dans l’haleine. Leur recherche apparaît dans Nature Communications.

La région spectrale de l’infrarouge moyen est très prisée des scientifiques. C’est en effet l’une des régions où l’on peut détecter les molécules importantes en termes de santé et d’environnement. Mais générer des lasers dans ce spectre, avec des longueurs d’onde spécifiques, requiert des installations sophistiquées et sensibles, ce qui les rend difficilement transportables.

La nouvelle technologie pourrait changer la donne. En combinant un laser fibré – disponible dans le commerce – et une puce avec des guides d’ondes micrométriques, ils ont généré des ondes de façon très performante dans l’infrarouge moyen. A titre de démonstration, ils ont ensuite couplé leur dispositif à un spectromètre pour détecter la présence et la concentration de molécules d’acétylène, un gaz incolore très inflammable.

Comment ça marche?

Les chercheurs injectent un laser dans un guide d’onde micrométrique (0,001mm), d’un demi-millimètre de long. Ce guide d’onde a la capacité de changer la fréquence de la lumière qui s’y propage. A la sortie du guide apparaît une lumière située dans l’infrarouge moyen, qui restitue 30% de la puissance de la lumière initiale.

«C’est un record en termes d’efficacité. Cela permet pour la première fois de faire des mesures spectroscopiques à partir d’une source laser complètement intégrée, explique Davide Grassani, l’un des auteurs de l’étude. Il n’y a pas non plus besoin d’aligner précisément les différents éléments comme c’est le cas dans les dispositifs traditionnels.»

Ce résultat a été obtenu en optimisant tous les paramètres importants, c’est-à-dire la géométrie du guide d’onde, le matériau dont il est constitué et la longueur d’onde de la source du laser d’origine. «Nous avons effectué un gros travail de design, qui rend le dispositif extrêmement efficace, simple à utiliser et robuste», commente Camille Brès, coordinatrice du projet et qui dirige le Phosl.

De la spectroscopie sur puce

La recherche ouvre de nombreuses possibilités de miniaturisation. «Avec un peu de développement, on pourrait imaginer faire de la détection directement sur une puce. Il serait alors très facile d’emporter ces instruments sur le terrain», conclut la chercheuse.

Laure-Anne Pessina

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