一個國際研究團(tuán)隊開發(fā)出一種檢測紅外光的新方法，通過將紅外光的頻率變?yōu)榭梢姽獾念l率，可將常見的高靈敏度可見光探測器的“視野”擴(kuò)展到遠(yuǎn)紅外線。這一突破性研究發(fā)表在最近的《科學(xué)》雜志上。
人類眼睛可看到400—750太赫茲之間的頻率，這些頻率定義了可見光譜。手機(jī)攝像頭中的光傳感器可檢測低至300太赫茲的頻率，而通過光纖連接互聯(lián)網(wǎng)的檢測器可檢測到大約200太赫茲的頻率。
在較低頻率下，光傳輸?shù)哪芰坎蛔阋杂|發(fā)人類眼睛和許多其他傳感器中的光感受器，而100太赫茲以下的頻率(中紅外和遠(yuǎn)紅外光譜)有著豐富的可用信息。例如，表面溫度為20℃的物體會發(fā)出高達(dá)10太赫茲的紅外光，這可以通過熱成像“看到”。此外，化學(xué)和生物物質(zhì)在中紅外區(qū)域具有不同的吸收帶，這意味著可通過紅外光譜遠(yuǎn)程無損地識別它們。
但變頻并不是一件容易的事。由于能量守恒定律，光的頻率無法通過反射或透射等方法輕易改變。
在新研究中，來自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)、中國武漢理工大學(xué)、西班牙瓦倫西亞理工大學(xué)和荷蘭原子和分子物理學(xué)研究所的科學(xué)家們通過使用介質(zhì)(微小振動分子)向紅外光添加能量來解決這個問題。紅外光被引導(dǎo)到分子，在那里被轉(zhuǎn)換成振動能量。同時，更高頻率的激光束撞擊相同的分子以提供額外的能量，并將振動轉(zhuǎn)化為可見光。為了促進(jìn)轉(zhuǎn)換過程，分子夾在金屬納米結(jié)構(gòu)之間，通過將紅外光和激光能量集中在分子上，充當(dāng)光學(xué)天線。
領(lǐng)導(dǎo)這項研究的EPFL基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院克里斯多夫·加蘭德教授說：“新設(shè)備具有許多吸引人的功能。首先，轉(zhuǎn)換過程是連貫的，這意味著原始紅外光中存在的所有信息都忠實地映射到新產(chǎn)生的可見光上。它允許使用標(biāo)準(zhǔn)探測器(如手機(jī)攝像頭中的探測器)進(jìn)行高分辨率紅外光譜分析。其次，每個設(shè)備的長度和寬度約為幾微米，這意味著它可以合并到大型像素陣列中。最后，該方法具有高度通用性，只需選擇具有不同振動模式的分子，即可適應(yīng)不同的頻率。”(記者張夢然)
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