Frischetest: Schweizer Forscher entwickeln ein Spektrometer fürs Smartphone

Wer künftig sein Smartphone auf die angeblich frischen Früchte im Supermarkt richtet kann durchaus richtig im Kopf sein. Wenn es mit einem Infrarotspektrometer ausgestattet ist kann er so die Frische der Ware ermitteln und eventuell auf den Kauf verzichten. Forscher an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETHZ) haben ein solches Gerät entwickelt, das mit einer Größe von zwei Quadratzentimetern durchaus in ein mobiles Telefon integriert werden. Die heutigen Geräte sind das keineswegs, denn sie wiegen ein paar Kilogramm.

Interferenzmuster entlarvt die Inhaltsstoffe

Das Mini-Spektrometer, das auf einen Chip passt, funktioniert im Prinzip genauso wie sein ungleich schwerer Bruder. Die Probe wird mit Licht angestrahlt. Je nach ihrer chemischen Zusammensetzung verschluckt sie einen Teil des Spektrums. Der reflektierte Rest wird von einer Fotodiode aufgefangen. Dieser Lichtstrahl wird aufgeteilt, von zwei Spiegeln reflektiert und wieder zusammengeführt. Verschiebt man einen der beiden Spiegel entsteht durch Überlagerung ein Interferenzmuster, das charakteristisch ist für die Inhaltsstoffe der Probe.

Lichtwellenleiter ersetzen Spiegel

David Pohl und Marc Reig Escalé aus der Gruppe von Rachel Grange, Professorin für optische Nanomaterialien am Departement Physik, verzichten völlig auf bewegliche Teile, wie sie in heute gebräuchlichen Spektrometern unumgänglich sind. Statt beweglicher Spiegel setzen die Forscher Lichtwellenleiter ein, deren optischen Brechungsindex sie mit Hilfe eines äußeren elektrischen Feldes ändern. Das entspricht der Bewegung eines Spiegels in einem großen Spektrometer. „Deshalb können wir mit dieser Anordnung das Spektrum des einfallenden Lichtes ebenfalls auflösen“, sagt Pohl.

Die Sache hatte nur einen Haken. Lichtwellenleiter behalten das Licht, das durch sie geschickt wird, in ihrem Inneren. Die Schweizer Forscher waren jedoch darauf angewiesen, es auszukoppeln. Das gelang ihnen mit einem Trick. Sie brachten auf den Lichtwellenleitern feine Metallstrukturen an, die das Licht herausholten.

Gerät war eigentlich für den Weltraum gedacht

Ursprünglich wollte Grange ein Miniatur-Infrarotspektrometer für den Weltraum schaffen. Es sollte die sperrigen, schweren Geräte ablösen, die heute genutzt werden, um Transportkosten zu sparen. Astronomen nutzen diese Geräte, um Informationen über weit entfernte Himmelskörper zu sammeln.

via ETH Zürich