Spectromètre pouvant être intégré dans un smartphone
Les chercheurs ont réussi à démontrer qu’un spectromètre plus petit qu’un ongle de pouce, qui est de plusieurs ordres de grandeur plus petit que les technologies actuelles, peut mesurer avec précision les longueurs d’onde de la lumière de l’ultraviolet à l’infrarouge proche.
Cette technologie permet de créer des appareils de spectroscopie portatifs et est prometteuse pour le développement d’appareils qui intègrent un ensemble de nouveaux capteurs, servant de spectromètres d’imagerie de la prochaine génération.
« Nous avons créé un spectromètre qui fonctionne rapidement, à faible tension, et qui est sensible à un large spectre de lumière », explique Brendan O’Connor, auteur principal d’un article sur ces travaux et professeur de génie mécanique et aérospatial à l’université d’État de Caroline du Nord. « Notre prototype de démonstration ne mesure que quelques millimètres carrés – il pourrait tenir sur votre téléphone. Vous pourriez le rendre aussi petit qu’un pixel, si vous le vouliez ».
Cette technologie utilise un minuscule photodétecteur capable de détecter les longueurs d’onde de la lumière après que celle-ci ait interagi avec un matériau cible. En appliquant différentes tensions au photodétecteur, les utilisateurs peuvent manipuler les longueurs d’onde de la lumière auxquelles le photodétecteur est le plus sensible.
« Si vous appliquez rapidement une gamme de tensions au photodétecteur et mesurez toutes les longueurs d’onde de la lumière capturée à chaque tension, vous disposez de suffisamment de données pour qu’un simple programme informatique puisse recréer une signature précise de la lumière qui traverse le matériau cible ou qui s’y réfléchit », explique M. O’Connor. « La gamme de tensions est inférieure à un volt, et l’ensemble du processus peut se dérouler en moins d’une milliseconde. »
Les tentatives précédentes de création de photodétecteurs miniaturisés reposaient sur des optiques complexes, utilisaient des tensions élevées ou n’étaient pas aussi sensibles à une large gamme de longueurs d’onde.
Lors des essais de validation du concept, les chercheurs ont constaté que leur spectromètre de la taille d’un pixel était aussi précis qu’un spectromètre conventionnel et avait une sensibilité comparable à celle des dispositifs de photodétection commerciaux.
« À long terme, notre objectif est de mettre les spectromètres à la portée du grand public », explique M. O’Connor. « La taille et la demande d’énergie de la technologie permettent de l’intégrer dans un smartphone, et nous pensons que cela ouvre la voie à des applications passionnantes. Du point de vue de la recherche, cela ouvre également la voie à un meilleur accès à la spectroscopie d’imagerie, à la spectroscopie microscopique et à d’autres applications utiles en laboratoire. »
Ce travail a été réalisé avec le soutien de la National Science Foundation (subventions 1809753 et 2324190) et de l’Office of Naval Research (subvention N000142412101).
Image : Une série de prototypes de cellules spectrométriques organiques à base de photodétecteurs est présentée. Chaque barre métallique est un détecteur capable de mesurer les spectres lumineux. Crédit : Brendan O’Connor, NC State University.
https://doi.org/10.1016/j.device.2025.100866
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