[ad_1]
Свет – это электромагнитная волна: он состоит из колеблющихся электрических и магнитных полей, распространяющихся в пространстве. Каждая волна характеризуется своей частотой, которая относится к числу колебаний в секунду, измеряемых в Герцах (Гц). Наши глаза могут обнаруживать частоты от 400 до 750 триллионов Гц (или терагерц, ТГц), которые определяют видимый спектр. Датчики света в камерах сотовых телефонов могут обнаруживать частоты до 300 ТГц, а детекторы, используемые для подключения к Интернету через оптоволокно, чувствительны примерно к 200 ТГц.
На более низких частотах энергии, переносимой светом, недостаточно для запуска фоторецепторов в наших глазах и во многих других датчиках, что является проблемой, учитывая, что имеется обширная информация, доступная на частотах ниже 100 ТГц, в среднем и дальнем инфракрасном спектре. . Например, тело с температурой поверхности 20 ° C излучает инфракрасный свет до 10 ТГц, который можно «увидеть» с помощью тепловизора. Кроме того, химические и биологические вещества имеют отчетливые полосы поглощения в средней инфракрасной области, что означает, что мы можем идентифицировать их дистанционно и неразрушающим образом с помощью инфракрасной спектроскопии, которая имеет множество применений.
Превращение инфракрасного излучения в видимый свет
Ученые из EPFL, Уханьского технологического института, Политехнического университета Валенсии и AMOLF в Нидерландах разработали новый способ обнаружения инфракрасного света, изменяя его частоту на частоту видимого света. Устройство может расширить «поле зрения» общедоступных и высокочувствительных детекторов видимого света далеко в инфракрасном диапазоне. Прорыв опубликован в Наука.
Преобразование частоты – непростая задача. Частота света является фундаментальной, и ее нелегко изменить, отражая свет от поверхности или пропуская его через материал из-за закона сохранения энергии.
Исследователи работали над этим, добавляя энергию к инфракрасному свету с помощью посредника: крошечных колеблющихся молекул. Инфракрасный свет направляется к молекулам, где он преобразуется в колебательную энергию. Одновременно лазерный луч более высокой частоты падает на те же молекулы, чтобы обеспечить дополнительную энергию и преобразовать вибрацию в видимый свет. Чтобы ускорить процесс преобразования, молекулы помещаются между металлическими наноструктурами, которые действуют как оптические антенны, концентрируя инфракрасный свет и лазерную энергию на молекулах.
Новый свет
«Новое устройство имеет ряд привлекательных особенностей, – говорит профессор Кристоф Галланд из Школы фундаментальных наук EPFL, руководивший исследованием. «Во-первых, процесс преобразования является согласованным, что означает, что вся информация, присутствующая в исходном инфракрасном свете, точно отображается на вновь созданный видимый свет. Он позволяет выполнять инфракрасную спектроскопию высокого разрешения с помощью стандартных детекторов, подобных тем, которые используются в камерах сотовых телефонов. Во-вторых, каждое устройство имеет длину и ширину около нескольких микрометров, что означает, что его можно включать в большие массивы пикселей. Наконец, этот метод очень универсален и может быть адаптирован к различным частотам, просто выбирая молекулы с разными колебательными модами ».
«Однако до сих пор эффективность преобразования света в устройстве все еще очень низка», – предупреждает д-р Вэнь Чен, первый автор работы. «Сейчас мы концентрируем наши усилия на его дальнейшем улучшении» – ключевой шаг к коммерческим приложениям.
Другие участники
Йенский университет Фридриха Шиллера
Ссылка
Вен Чен, Филипп Роэлли, Хуатян Ху, Сачин Верлекар, Шакти Прия Амиртарадж, Анджела И. Барреда, Тобиас Дж. Киппенберг, Мирославна Ковылина, Юолд Верхаген, Алехандро Мартинес, Кристоф Галланд. Преобразование частоты непрерывной волны с повышением частоты с помощью молекулярной оптомеханической нанополости. Наука 03 декабря 2021 г. DOI: 10.1126 / science.abk3106
Связанный
[ad_2]
Source