Sensores miniaturizados de bajo coste para «ver» los oligogases
Los sensores infrarrojos de gases son la tecnología más avanzada para detectar gases nocivos o explosivos. Con todo, los dispositivos disponibles actualmente son complejos, caros o pesados. Es más, presentan limitaciones relacionadas con su baja sensibilidad y requieren grandes cantidades de muestras de gas. El proyecto financiado con fondos europeos MIREGAS, liderado por un consorcio de centros de investigación y socios industriales europeos, introdujo componentes innovadores que pueden integrarse para el análisis de múltiples gases. En comparación con las tecnologías convencionales basadas en sensores infrarrojos de gases, los nuevos componentes ofrecen una mayor precisión a un precio más bajo, ya que las longitudes de onda de la luz pueden filtrarse con mayor precisión y pueden excluirse los componentes de los gases que interfieren. Además, el rango de longitud de onda infrarroja ayuda a detectar las «huellas moleculares» de muchos oligogases. Detección múltiple rápida y asequible El consorcio del proyecto creó un dispositivo que utiliza una única fuente de luz, y no varios láseres, para el análisis de múltiples gases. La fuente de luz utiliza tecnología desarrollada originalmente para aplicaciones de comunicaciones ópticas, lo que minimiza los costes de medición en comparación con la medición por espectroscopia infrarroja tradicional. El dispositivo de MIREGAS puede realizar múltiples mediciones con un filtro óptico multicanal, sintonizable y conmutable, así como discriminar gases individuales a partir de una mezcla de emisiones, entre los que se incluyen el metano, etano, butano, propano, dióxido de carbono y agua. Tiene el potencial de detectar múltiples gases de manera simultánea, lo cual es muy útil en procesos industriales y aplicaciones de vigilancia ambiental. Logros del proyecto MIREGAS está llenando un vacío en el mercado, ya que no se disponen de fuentes de infrarrojos de altas prestaciones asequibles. El pequeño y económico sensor de gases de MIREGAS utiliza varios componentes innovadores, que suponen importantes ventajas en términos de coste, volumen de producción y fiabilidad. Estos componentes incluyen un nuevo diodo de emisión de luz superluminiscente (SLED, por sus siglas en inglés), un filtro espectral con un circuito fotónico integrado (CFI) de silicio, óptica infrarroja moldeada y tecnologías de ensamblaje y encapsulado de alto volumen. Los participantes del proyecto probaron un SLED con un ancho de banda monomodo que emite a 2,65 μm y que alcanzó una potencia de salida de casi 0,5 mW con un espectro de 300 nm de ancho. Para crear un haz colimado a partir del SLED, desarrollaron un nuevo tipo de vidrio con bajo contenido en oxígeno y óxido de metal pesado, que transmite la radiación infrarroja media, y que se formaen un proceso de vidrio moldeado denominado estampado en caliente. Se fabricaron experimentalmente lentes de vidrio moldeado que encajan en la arquitectura de un paquete de transistor. El CFI de baja pérdida desarrollado recientemente posee dos características únicas. Aparte de las longitudes de onda a 1 550 nm de las comunicaciones ópticas convencionales, es aplicable a las longitudes de onda del infrarrojo medio. Asimismo, permite integrar directamente en el chip CFI dispositivos activos tales como diodos láser o fotodetectores. El encapsulado y ensamblaje del sensor en miniatura conllevó la alineación submicrométrica del SLED que está unido al CIF de silicio mediante la tecnología de conexión invertida. Detección de un futuro brillante Las tecnologías innovadoras de MIREGAS permitirán a los socios del proyecto alcanzar un nuevo nivel de selectividad y precisión en las mediciones de múltiples gases a precios competitivos. «La posibilidad de adaptar la salida espectral para que coincida con cualquier conjunto deseado de líneas de absorción con cualquier ancho de banda deseado por debajo de 3 500 nm constituye la principal ventaja de nuestra fuente de luz en comparación con la línea única y restringida de un láser sintonizable. Las fuentes de luz de longitud de onda múltiple rentables son fundamentales para una penetración más amplia en el mercado de los sensores infrarrojos de gases», explica el doctor Pentti Karioja, coordinador del proyecto. «Nuestra nueva fuente de luz que combina la fotónica de silicio y la detección infrarroja de gases no solo será beneficiosa para la detección de gases, sino también para todo tipo de sensores de radiación infrarroja media, la tecnología de análisis de procesos, la seguridad ambiental y alimentaria y aplicaciones de seguridad», señala Pentti. Esto debería abrir nuevas oportunidades de negocio y fortalecer su posición tecnológica para proporcionar mediciones de gases para aplicaciones exigentes.
Palabras clave
MIREGAS, sensor infrarrojo de gases, diodo emisor de luz superluminiscente (SLED), circuito integrado fotónico (CIF), infrarrojo medio, múltiples gases, fotónica de silicio, vidrio moldeado