На изображении представлены ключевые элементы исследования: схема нелинейного оптического зеркала для повышения частоты света, энергетическая диаграмма процесса генерации суммарной частоты, а также визуализация работы устройства, преобразующего инфракрасное изображение (1550 нм) в видимое (622 нм).
Преодоление границ видимого спектра
Человеческое зрение ограничено узким диапазоном электромагнитных волн, известным как видимый спектр. Ниже его границы лежит инфракрасное излучение, невидимое для нас, но несущее огромный объём информации. Учёные из Индийского института науки (IISc) совершили прорыв, разработав компактное устройство, способное «переводить» инфракрасный свет в видимый диапазон, делая скрытое — явным.
Инновационная технология на основе 2D-материалов
Новое устройство представляет собой нелинейное оптическое зеркало, созданное с применением передовых двумерных материалов. Оно состоит из многослойной структуры: тонкие слои селенида галлия нанесены на золотую отражающую поверхность, разделённые прослойками диоксида кремния. Эта конструкция впервые позволила совместить эффективное преобразование частоты с возможностями широкопольной визуализации.
Почему это важно? Ограничения традиционных методов
Стандартные технологии инфракрасного видения, используемые в оборонной сфере, астрономии и химическом анализе, часто полагаются на громоздкие массивы полупроводников или микроболометров, которые фиксируют тепловое излучение. Такие системы могут быть дорогими, неэффективными и часто попадают под экспортные ограничения. Разработка индийских исследователей предлагает отечественную и более совершенную альтернативу.
Принцип работы: нелинейная оптика в действии
Суть метода заключается в нелинейном оптическом эффекте. Когда входной инфракрасный луч и вспомогательный луч накачки одновременно падают на многослойную структуру, их фотоны взаимодействуют в материале селенида галлия. Благодаря его уникальным свойствам происходит смешение частот, в результате чего на выходе генерируется луч с более высокой (видимой) частотой, при этом полностью сохраняющий исходную пространственную информацию и структуру изображения.
Обратите внимание: Ураган Флоренция спровоцировал вторжение полчищ огненных муравьев в США.
На практике это означает, что инфракрасное изображение с длиной волны 1550 нм может быть преобразовано в видимое с длиной волны 622 нм и зарегистрировано обычной кремниевой камерой. Как поясняет профессор Варун Рагунатан, соавтор исследования, процесс является когерентным — все детали исходного изображения автоматически переносятся на новую частоту.
Ключевые преимущества и экономическая эффективность
Главным преимуществом селенида галлия является его исключительно высокая оптическая нелинейность, что позволяет добиваться преобразования даже при толщине слоя всего в 45 нанометров. Это делает устройство невероятно компактным и экономически выгодным по сравнению с традиционными системами, использующими сантиметровые кристаллы, при сопоставимой производительности.
Для точной настройки устройства под конкретные длины волн исследователи использовали алгоритм оптимизации роя частиц, что позволило быстро рассчитать оптимальную толщину каждого слоя.
Перспективы развития технологии
В будущем команда планирует расширить возможности устройства для преобразования света с ещё более длинными волнами и повысить его общую эффективность за счёт экспериментов с различными геометриями укладки слоёв. Эта работа открывает новые горизонты в оптической связи, системах ночного видения и научной визуализации.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Человеческий глаз может видеть свет только определенных частот (так называемый видимый спектр), самая низкая из которых — красный свет.