「科普活动主题」校园生活:点亮红外检测的道路

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EPFL的物理学家提出了一种新的途径来检测具有出色灵敏度的红外辐射,从而可以检测出与单个光量子一样低的信号。

科普活动主题

使用网络摄像头或手机摄像头时,我们会体验到过去几十年来针对电磁频谱可见区域开发的廉价紧凑型传感器的强大功能。相反,检测人眼不可见的低频辐射(例如中红外和远红外辐射)需要复杂且昂贵的设备。缺乏紧凑型技术阻碍了人们广泛使用传感器来识别分子以及对人体自然发出的热辐射进行成像。因此,这一领域的新概念突破可能会对我们的日常生活产生巨大影响。

当前用于检测中红外和远红外辐射的最流行技术是辐射热计,辐射热计由测量温度计吸收辐射产生的热量的小型温度计阵列组成。它们具有许多局限性,特别是响应速度慢并且无法检测到微弱的辐射水平。

由Christophe Galland和Tobias Kippenberg领导的EPFL团队提出的新颖方法遵循完全不同的途径:首先将不可见辐射转换为可见光,然后使用现有技术对其进行检测。新概念的核心是杂化金属分子纳米结构。助孕金属以将红外辐射聚焦在分子上,从而使它们振动。接下来,振动分子的能量再次转换为辐射,但这一次是在可见光域中以更高的频率进行的。与迭戈·马丁·卡诺(Diego Martin-Cano)(德国埃尔兰根的马克斯-普朗克光研究所)合作设计的混合纳米结构,可实现高转换效率,同时将器件尺寸减小到明显小于红外光波长的尺寸。

该研究的主要作者Philippe Roelli强调说,在其方案所设想的各种概念性进展中,最吸引人的方面涉及其潜在的敏感性:“在转化过程中,分子振动所产生的低水平噪声使得能够检测到在室温下,信号非常弱。使用先进的设备,我们有望实现量子受限的转换,并有独特的机会来解析单个量子红外光的信号。”

EPFL的研究将激发未来科普文章在表面科学,纳米技术和量子光学之间的界面上的工作,以促进在红外传感和成像领域应用的新型设备的开发。