Các nhà nghiên cứu MIT(Viện công nghệ Massachusetts - Mỹ) đã tạo ra một thiết bị laser di động dựa trên chip có thể xác định ngay lập tức các hóa chất với độ chính xác chưa từng có. Đây là một bước đột phá có thể thay đổi hoạt động giám sát môi trường và an toàn công nghiệp.

Công nghệ này, được công bố trên tạp chí Light: Science & Applications ngày 19 tháng 8, sử dụng lược tần số hồng ngoại siêu băng thông rộng – đôi khi được gọi là 'lược quang học' – để phát hiện và phân biệt các hợp chất vết bằng cách đo tần số ánh sáng đặc trưng của chúng.

Bằng cách tạo ra một nền tảng đo độ phân tán trên chip, các nhà khoa học kết hợp thành công gương trực tiếp vào tia laser. Ảnh:

Trái ngược với các máy quang phổ thông thường đòi hỏi thiết bị lớn, công nghệ của MIT kết hợp tất cả các bộ phận cần thiết vào một con chip duy nhất, giúp nó dễ dàng di chuyển và phù hợp cho việc giám sát môi trường từ xa.

Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Giáo sư Thanh Hồ - giáo sư kỹ thuật điện và khoa học máy tính tại MIT. Nhóm nghiên cứu tập trung vào việc giải quyết các vấn đề về tán xạ vốn trước đây hạn chế băng thông của lược tần số.

Sự tán xạ gây ra khoảng cách không đều giữa các vạch laser, cản trở việc tạo ra lược tần số chính xác cần thiết cho việc phát hiện hóa chất chính xác.

Bước đột phá này được lấy cảm hứng từ công trình trước đó của họ với lược tần số terahertz, trong đó họ sử dụng gương chirped kép (DCM) để bù tán sắc.

Tuy nhiên, việc áp dụng công nghệ này cho bước sóng hồng ngoại đặt ra những thách thức đáng kể, vì sóng hồng ngoại ngắn hơn sóng terahertz mười lần, đòi hỏi độ chính xác chế tạo cực cao.

Nghiên cứu mở ra kỳ vọng cho các thiết bị quang trắc môi trường siêu chính xác. Ảnh: MIT

Tác giả Tăng Thiên Nhất, người vừa nhận bằng Tiến sĩ tại MIT, đã mô tả những khó khăn trong quá trình sản xuất: "Các lớp gương liền kề chỉ khác nhau vài chục nanomet. Độ chính xác đó ngăn cản các kỹ thuật quang khắc tiêu chuẩn. Hơn nữa, chúng tôi vẫn phải khắc rất sâu vào các lớp vật liệu cứng đầu này."

Sau hơn hai năm phát triển và gần như từ bỏ dự án, nhóm nghiên cứu nhận ra họ có thể sử dụng thiết kế DCM tiêu chuẩn tương thích với bức xạ hồng ngoại, vì nguồn hồng ngoại ít bị tổn thất hơn laser terahertz.

Bằng cách tạo ra một nền tảng đo độ tán sắc trên chip, họ đã có thể tích hợp thành công gương trực tiếp vào laser, loại bỏ nhu cầu sử dụng thiết bị bên ngoài lớn.

Công nghệ này hứa hẹn các cảm biến môi trường chính xác hơn, có khả năng phân biệt nhiều chất độc hại với các khí không khí có dấu vết. Các nhà nghiên cứu có thể sử dụng phương pháp linh hoạt này để đánh giá độ phân tán và phát triển các DCM bù trừ cho nhiều nền tảng laser khác nhau, từ đó có khả năng tạo ra các lược laser với băng thông và công suất lớn hơn cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.

Nghiên cứu này đánh dấu một bước tiến quan trọng hướng tới sản xuất hàng loạt các cảm biến từ xa, có thể thay đổi việc phát hiện hóa chất trong an toàn công nghiệp và giám sát môi trường.