Создано устройство превращающее инфракрасный свет в видимый

Объединенная группа ученых из нескольких стран создала микроустройство, которое использует вибрирующие молекулы для преобразования невидимого инфракрасного света в видимый свет.

Создано устройство превращающее инфракрасный свет в видимый

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, измеряемому в герцах (Гц). Наши глаза могут обнаруживать частоты от 400 до 750 триллионов Гц (или терагерц, ТГц), которые определяют видимый спектр. Световые датчики в камерах сотовых телефонов могут обнаруживать частоты до 300 ТГц, в то время как детекторы, используемые для подключения к Интернету через оптоволокно, чувствительны к частоте около 200 ТГц.

На более низких частотах энергии, переносимой светом, недостаточно, чтобы активировать фоторецепторы в наших глазах и во многих других сенсорах, что является проблемой, учитывая, что на частотах ниже 100 ТГц, в среднем и дальнем инфракрасном спектре, имеется богатая информация. . Например, тело с температурой поверхности 20°C излучает инфракрасный свет до 10 ТГц, который можно "увидеть" с помощью тепловидения. Кроме того, химические и биологические вещества имеют четкие полосы поглощения в среднем инфракрасном диапазоне, а это означает, что мы можем идентифицировать их дистанционно и неразрушающим образом с помощью инфракрасной спектроскопии, которая имеет множество применений.

Ученые из EPFL, Уханьского технологического института, Политехнического университета Валенсии и AMOLF в Нидерландах разработали новый способ обнаружения инфракрасного света путем изменения его частоты на частоту видимого света. Устройство может расширить «зрение» общедоступных и высокочувствительных детекторов видимого света далеко в инфракрасный диапазон. Статья об открытии была опубликована в журнале Science.

Создано устройство превращающее инфракрасный свет в видимый

Источник: Science.

Концепция эксперимента. Исследуемый инфракрасный сигнал и лазер накачки, обеспечивающий энергию, фокусируются на молекулах и взаимодействуют с их внутренними вибрациями для создания преобразованной с повышением частоты копии инфракрасного сигнала на видимых частотах.

Преобразование частоты — непростая задача. Частота света является фундаментальной величиной, которую нельзя легко 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 посредником: крошечными вибрирующими молекулами. Инфракрасный свет направляется на молекулы, где он преобразуется в колебательную энергию. Одновременно лазерный луч более высокой частоты воздействует 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.

По словам ученых новое устройство имеет ряд привлекательных особенностей. Во-первых, процесс преобразования является последовательным, а это означает, что вся информация, присутствующая в исходном инфракрасном свете, точно отображается во вновь созданном видимом свете. Это позволяет проводить инфракрасную спектроскопию высокого разрешения со стандартными детекторами, такими как те, что используются в камерах мобильных 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 разным частотам, просто выбирая молекулы с разными режимами колебаний.

Однако пока эффективность преобразования света устройством все еще очень низка. Команда концентрирует свои усилия на его дальнейшем улучшении — ключевой шаг к коммерческому применению.

Читайте также

В Китае создали простую роборуку BioflexBot, которая оказалась гибче человеческой

В Китае создали простую роборуку BioflexBot, которая оказалась гибче человеческой

ИИ помог найти опасную уязвимость Zoom всего за 20 запросов

ИИ помог найти опасную уязвимость Zoom всего за 20 запросов

Цифровые двойники помогут наделить вагон-термос беспрецедентными свойствами

Цифровые двойники помогут наделить вагон-термос беспрецедентными свойствами

В МАИ научили дроны видеть препятствия и думать самостоятельно

В МАИ научили дроны видеть препятствия и думать самостоятельно

В России создают автономных роботов для огнеупорного производства

В России создают автономных роботов для огнеупорного производства

В Японии возник острый дефицит углекислого газа

В Японии возник острый дефицит углекислого газа

«Умный» столик для разварки кристаллов спасет электронику от брака

«Умный» столик для разварки кристаллов спасет электронику от брака

Ученые виртуально развернули и прочли свитки папируса, обугленные при извержении Везувия

Ученые виртуально развернули и прочли свитки папируса, обугленные при извержении Везувия

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

ИИ в джунглях: как в Коста-Рике тестируют сообразительность диких обезьян

ИИ в джунглях: как в Коста-Рике тестируют сообразительность диких обезьян

Телескоп James Webb обнаружил возможный новый тип космических объектов — «звезду-черную дыру»

Телескоп James Webb обнаружил возможный новый тип космических объектов — «звезду-черную дыру»

Эмулятор PlayStation 5 впервые запустил Astro’s Playroom на Steam Deck

Эмулятор PlayStation 5 впервые запустил Astro’s Playroom на Steam Deck

Virgin Galactic отложила возвращение космических туристов до февраля 2027 года

Virgin Galactic отложила возвращение космических туристов до февраля 2027 года

Новое исследование объяснило, почему мы пишем злые комментарии в соцсетях

Новое исследование объяснило, почему мы пишем злые комментарии в соцсетях