Spectromètre à semi-conducteurs abordable et ultraperformant

18 décembre 2018, 11:56
Leur taille réduite ne les empêche pas d’être compétitifs. Image : Felice Frankel, MIT.
Leur taille réduite ne les empêche pas d’être compétitifs. Image : Felice Frankel, MIT.
Les spectromètres sont de jolis petits outils, particulièrement utiles si vous souhaitez analyser le spectre de sources lumineuses ou les caractéristiques d’absorption d’une matière éclairée par une source de référence. Ils figurent en bonne place dans les labos de chimie ou les observatoires pour mesurer les caractéristiques lumineuses des étoiles lointaines. Un nouveau procédé de fabrication de semi-conducteurs développé par le MIT permet aujourd’hui de produire des spectromètres miniatures, à la fois abordables et ultraperformants, adaptés à un très large éventail d’applications.   

Les spectromètres de laboratoire haut de gamme sont des appareils imposants dont les prix s'expriment en dizaines de milliers d’euros, voire plus. Cependant, les chercheurs du MIT ont réussi à créer un spectromètre compact et inédit, capable de concurrencer les appareils les plus massifs par leur précision et leurs performances. Le processus de fabrication de semi-conducteurs étant classique, il est possible de produire ces appareils en quantités et à moindre coût. Ce qui ouvre la voie à de nouvelles applications, jusqu'ici considérées comme hors de portée du fait des coûts et des contraintes de taille des appareils.

Le concept de ce nouveau spectromètre est décrit dans un article paru sur le site de la revue Nature Communications. Selon les chercheurs, ce nouveau procédé de fabrication de spectromètres à base de puces électroniques apporte des avantages significatifs en termes de performances, de taille, de poids, de coût et de consommation d'énergie par rapport à la technologie existante. S'ils ne sont pas les initiateurs de la fabrication d’un spectromètre électronique miniature, ils sont les premiers à avoir réussi. Avec un spectromètre classique, la possibilité de séparer la lumière selon sa longueur d'onde dépend essentiellement des dimensions physiques du système optique. De ce fait, plus les chemins optiques sont courts, plus la résolution spectrale est faible.

Pour résoudre ce problème, le nouveau procédé utilise des commutateurs optiques électroniques pour guider le faisceau lumineux vers des chemins optiques de différentes longueurs. Les commutateurs à semi-conducteurs permettent d'éliminer les miroirs mobiles et sont faciles à fabriquer grâce à des procédés de fabrication standardisés. De plus, un spectromètre à semi-conducteurs est très robuste. En définissant les chemins optiques par incréments de puissances de 2, il est possible de les configurer de différentes manières pour en obtenir un nombre exponentiel. D’où la possibilité d’assurer une résolution spectrale proportionnelle au nombre de dispositifs de commutation optique. Le prototype utilise six commutateurs, ce qui donne 64 (26) canaux spectraux. En portant leur nombre à 10, il serait possible d’obtenir une résolution de 1 024 canaux.
 
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