Ученые из Уханьского технологического института, Политехнического университета Валенсии и AMOLF (Нидерланды) разработали новый способ обнаружения инфракрасного света путем изменения его частоты на частоту видимого света. Это может расширить возможности высокочувствительных детекторов видимого света.
Свет представляет собой электромагнитную волну, состоящую из колеблющихся электрических и магнитных полей, распространяющихся в пространстве. У волны есть частота, измеряемая в герцах (Гц). Видимый глазом человека спектр – от 400 до 750 триллионов Гц (или терагерц, ТГц). Для сравнения световые датчики в камерах мобильных телефонов могут обнаруживать частоты до 300 ТГц.
На более низких частотах энергии, переносимой светом, недостаточно для того, чтобы сработали фоторецепторы в глазах человека и даже во многих известных нам датчиках. Однако человеку необходимо учиться работать с частотами ниже 100 ТГц, в среднем и дальнем инфракрасном спектре. Например, с помощью тепловидения появится возможность изучать тела с температурой поверхности 20°C, излучающие инфракрасный свет до 10 ТГц.Превращение инфракрасного излучения в видимый свет – трудная задача для ученых. Частоту света нельзя изменить, отражая свет от поверхности или пропуская его через материал из-за закона сохранения энергии. Однако ученые смогли решить эту проблему с помощью маленьких вибрирующих молекул. Инфракрасный свет направлялся на эти молекулы, преобразовывался в энергию колебаний. Лазерный луч с более высокой частотой воздействовал на эти молекулы, обеспечивая дополнительную энергию и преобразуя вибрацию в видимый свет. Чтобы ускорить этот процесс преобразования, молекулы были помещены между металлическими наноструктурами, которые действуют как оптические антенны, концентрируя инфракрасный свет и энергию лазера на молекулах.
«Новое устройство обладает рядом привлекательных особенностей. Процесс преобразования является когерентным, то есть вся информация, присутствующая в исходном инфракрасном свете, точно переносится на вновь созданный видимый свет. Это позволяет проводить инфракрасную спектроскопию с высоким разрешением с помощью стандартных детекторов, таких как те, что используются в камерах мобильных телефонов», – отмечает профессор Кристоф Галланд из Школы фундаментальных наук EPFL, возглавлявший исследование.Кроме того, этот метод довольно универсален и может быть адаптирован к различным частотам. Однако пока что эффективность преобразования света не очень высока, поэтому необходимы дополнительные усилия исследователей на пути к коммерческому применению этого метода.
Результаты работы опубликованы в журнале Science.Фото: Nicolas Antille
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.