Воспользовавшись своими наработками в области кремниевой оптики, инженеры Корнелльского университета (США) создали миниатюрный источник света в среднем инфракрасном диапазоне. Умещающийся на миллиметровом кремниевом чипе, в задачах детектирования газов он способен заменить массивный стационарный лазер. Это изобретение может быть использовано для создания высокочувствительных портативных датчиков, применяемых для самых различных задач, от исследования атмосферы до спасательных миссий.
В настоящее время наиболее распространённым методом анализа газов является оптическая спектроскопия. Она позволяет распознавать молекулы газа путём определения их линий поглощения. При облучении газа светом происходит поглощение излучения на определённых частотах, уникальных для каждого вещества. Этот метод требует излучения в широком диапазоне, которое, как правило, создаётся массивным лабораторным лазером.
Гребёнка оптических частот представляет собой источник света, испускающий набор узких спектральных линий, расположенных друг от друга на определённом расстоянии и напоминающих расчёску. Благодаря узким линиям спектра и точному шагу частот это идеальный для высокоточной спектроскопии инструмент. Средний инфракрасный диапазон представляет особый интерес для задач анализа газов, так как в этом диапазоне волн (2—20 мкм) у множества газов находится большое количество полос поглощения.
Для того чтобы интегрировать гребёнку оптических частот в микросхему на КМОП-основе, учёные изготовили кремниевую структуру со специальным термическим окислением, что сделало поверхность очень гладкой. Это привело к уменьшению оптических потерь по сравнению с обычной кремниевой оптикой. Затем они решили проблему накапливания кремнием заряда. Для этого они поместили диод, удаляющий избыток заряда.
