Человеческий глаз может видеть свет только определенной частоты, называемой видимым спектром, самой низкой из которых является красный свет. Инфракрасный свет, который мы не видим, имеет еще более низкую частоту, чем красный свет. Исследователи из Индийского института науки (IISc) изобрели устройство, которое может увеличить частоту короткого инфракрасного света до видимого диапазона.
Оптическое преобразование имеет множество применений, особенно в оборонной промышленности и оптической связи. Впервые команда IISc использовала 2D-материалы для создания так называемых нелинейных оптических зеркальных стеков для достижения такого преобразования в сочетании с возможностями визуализации в широком поле. Пакет состоит из нескольких слоев селенида галлия, закрепленных на золотой отражающей поверхности, между которыми находится слой диоксида кремния.
Традиционная инфракрасная визуализация использует массивы экзотических низкоэнергетических полупроводников или микроболометров, которые обычно улавливают тепловые или абсорбционные характеристики изучаемого объекта.
Инфракрасное изображение и зондирование используются в самых разных областях: от астрономии до химии. Например, наблюдение за тем, как меняется инфракрасный свет при прохождении через газ, может помочь ученым определить конкретные свойства газа. Такое восприятие не всегда возможно при использовании видимого света.
Однако существующие инфракрасные датчики громоздки и неэффективны. Кроме того, из-за использования в оборонной промышленности ограничен его экспорт. Поэтому существует острая необходимость в разработке отечественных и эффективных устройств.
Метод, используемый командой IISc, заключается в подаче входного инфракрасного сигнала вместе с лучом накачки на стопку зеркал.
Обратите внимание: Ураган Флоренция спровоцировал вторжение полчищ огненных муравьев в США.
Нелинейные оптические свойства материалов, составляющих стопку, вызывают смешение частот, в результате чего на выходе образуется луч повышенной частоты, но сохраняющийся остальные свойства. Используя этот метод, они смогли преобразовать инфракрасный свет с длиной волны примерно 1550 нм в видимый свет с длиной волны 622 нм. Выходные световые волны можно обнаружить с помощью традиционных кремниевых камер.«Процесс является последовательным — характеристики входного луча сохраняются на выходе. Это означает, что если вы запечатлеете определенный шаблон на входной инфракрасной частоте, он автоматически сместится на новую выходную частоту», — объясняет профессор Варун Рагунатан. Доктор электротехники и связи (ECE) и автор исследования, опубликованного в журнале .
Она добавила, что преимуществом использования селенида галлия является его высокая оптическая нелинейность, а это означает, что фотон инфракрасного излучения и фотон луча накачки могут объединиться, чтобы произвести фотон более высокой частоты преобразования.
команда смогла добиться преобразования, даже используя тонкий слой селенида галлия толщиной всего 45 нм. Его небольшой размер делает его более экономичным, чем традиционное оборудование, использующее кристаллы сантиметрового масштаба. Его производительность также сравнима с современными системами обработки изображений с повышающим преобразованием.
Джьотсна К. Манаттаил, аспирант ECE и первый автор статьи, объясняет, что они использовали алгоритм оптимизации роя частиц, чтобы ускорить расчет необходимой толщины слоя. В зависимости от толщины длины волн, которые могут пройти через селенид галлия и преобразоваться, различаются. Это означает, что толщину материала необходимо регулировать в соответствии с применением.
В будущем исследователи планируют расширить свою работу по преобразованию более длинных волн света. Они также пытаются повысить эффективность устройства, исследуя другие геометрии укладки.
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.