Ученые превратили инфракрасное излучение в видимый свет

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.