Фізики пропонують новий спосіб виявлення інфрачервоного випромінювання
Нещодавно фізики з Федерального технологічного інституту в Лозанні (EPFL) запропонували новий метод виявлення інфрачервоного випромінювання, який є дуже чутливим і може навіть виявляти сигнали одного фотона. Нанорозмірне рішення на основі платформи молекулярної оптомеханіки для підвищення терагерцового та середнього інфрачервоного (MIR) фотонів у видимий-ближній інфрачервоний (VIS-NIR) діапазон і додавання до них шуму за допомогою повної квантової моделі та ефективності перетворення були детально проаналізовані. . Дослідження під назвою «Молекулярна платформа для підвищення частоти на рівні одного фотона» було опубліковано в physics.optics, а адреса статті: https://arxiv.org/abs/1910.11395v1.
Використовуючи веб-камери або камери мобільних телефонів, ми відчуваємо потужність дешевих, компактних датчиків, розроблених протягом останніх кількох десятиліть для видимої області електромагнітного спектру. Навпаки, виявлення низькочастотного випромінювання, невидимого неозброєним оком, наприклад середнього та далекого інфрачервоного випромінювання, вимагає складного та дорогого обладнання. Датчики для молекулярного розпізнавання та візуалізації теплового випромінювання, яке природним чином випромінює людське тіло, ще не є широко доступними через відсутність компактних технологій. Тому нові концептуальні прориви в цій сфері можуть мати величезний вплив на наше повсякденне життя. Пряме виявлення одиночних фотонів із довжиною хвилі понад 2 мікрометри в навколишніх умовах наразі все ще є серйозною технічною проблемою.
На даний момент найпопулярнішим методом виявлення інфрачервоного випромінювання середнього та дальнього діапазонів є мікроболометр, який складається з ряду невеликих термометрів, які вимірюють тепло, утворене поглиненим випромінюванням. Такі детектори мають низку обмежень, зокрема малий час відгуку та нездатність виявляти слабкі сигнали випромінювання.
Команда EPFL під керівництвом Крістофа Галланда та Тобіаса Кіппенберга запропонувала новий метод виявлення, який має зовсім інший шлях: спочатку перетворює невидиме випромінювання у видиме світло, а потім виявляє його за допомогою існуючих технологій. В основі цієї нової концепції лежать гібридні метало-молекулярні наноструктури. Метал модифіковано для фокусування інфрачервоного випромінювання на молекулах, змушуючи їх вібрувати. Потім енергія вібруючих молекул знову перетворюється на випромінювання, але цього разу у вигляді видимого світла. Ця гібридна наноструктура, розроблена у співпраці з Дієго Мартін-Кано (Інститут світла Макса Планка, Ерланген, Німеччина), забезпечує високу ефективність перетворення при зменшенні пристроїв до розмірів, набагато менших за довжину хвилі інфрачервоного світла.
