La plupart des lasers n'émettent qu'une seule couleur de lumière pointeur laser, c'est-à-dire que le laser émet la même longueur d'onde pour tous les photons. Cependant, il existe également des lasers émettant une lumière plus complexe. Si le laser est constitué de nombreuses composantes de fréquence différentes, de fréquence identique, régulièrement espacées, comme un peigne, il est appelé "peigne de fréquence". Les peignes de fréquence sont l'outil idéal pour détecter une large gamme de produits chimiques.
Les peignes de fréquence sont fabriqués à l'aide de lasers à cascade quantique. Ces stylo laser spéciaux sont une structure semi-conductrice composée de différentes couches. Lorsque le courant traverse la structure, le laser émet de la lumière dans la plage infrarouge. Les propriétés de la lumière peuvent être contrôlées en ajustant la géométrie de la structure en couches.
À l'aide de signaux électriques de fréquence spécifique, nous pouvons contrôler les lasers à cascade quantique afin qu'ils émettent une série de fréquences optiques couplées. Ce phénomène nous rappelle l’oscillation du cadre de la balançoire: vous pouvez balancer l’échafaudage à la bonne fréquence au lieu de la pousser, ce qui entraîne toutes les oscillations dans un mode de couplage spécifique. Le principal avantage de la technologie est la robustesse du peigne de fréquence. Sans cette technologie, le laser est très sensible aux perturbations externes inévitables, telles que les fluctuations de température ou les réflexions, qui réfléchissent une partie de la lumière dans le pointeur laser bleu. La technologie est très facile à mettre en œuvre, donc même dans les environnements difficiles, elle est très pratique. Fondamentalement, les composants dont nous avons besoin peuvent être trouvés dans chaque téléphone.
Le fait que les laser 500mW à cascade quantique produisent des peignes de fréquences dans le domaine infrarouge est crucial, car bon nombre des molécules les plus importantes sont détectées plus facilement par la lumière dans ce domaine. Une variété de polluants atmosphériques, ainsi que des biomolécules qui jouent un rôle important dans le diagnostic médical, absorbent des fréquences infrarouges très spécifiques. C'est ce que l'on appelle souvent l'empreinte optique d'une molécule. Par conséquent, lorsque nous mesurons les fréquences infrarouges absorbées par l'échantillon de gaz, nous pouvons déterminer avec précision le type de matériau contenu dans le gaz.
En raison de la robustesse de nos lasers, notre système présente un avantage décisif par rapport à toutes les autres technologies de peigne de fréquence: la miniaturisation des systèmes laser est facile à mettre en œuvre, les laser vert astronomiene nécessitent pas de système de lentille, aucune pièce mobile n'est requise, ni aucun isolateur optique. La structure nécessaire peut être faite très petit. L'ensemble du système de mesure peut être logé sur une puce de taille millimétrique.
Cela signifie un large éventail d'applications pour les systèmes laser: la puce peut être placée sur un drone pour mesurer les contaminants en suspension dans l'air, la puce peut être fixée à un mur pour la recherche d'explosifs dans les bâtiments. La puce peut également être utilisée dans des dispositifs médicaux qui détectent des maladies en analysant des produits chimiques dans l'air.
