Fyzici navrhují nový způsob detekce infračerveného záření
Nedávno fyzici z Federálního technologického institutu v Lausanne (EPFL) navrhli novou metodu detekce infračerveného záření, která je vysoce citlivá a dokáže detekovat i jednotlivé fotonové signály. Detailně bylo analyzováno nanoměříkové řešení založené na platformě molekulární optomechaniky pro konverzi terahertzových a středních infračervených (MIR) fotonů na viditelné-blízko-infračervené (VIS-NIR) pásmo a přidání šumu pomocí plně kvantového modelu a účinnosti konverze. . Výzkum s názvem „Molekulární platforma pro frekvenční upconversion na jednofotonové úrovni“ byl publikován ve fyzice.optics a adresa článku je: https://arxiv.org/abs/1910.11395v1.
Při používání webových kamer nebo fotoaparátů mobilních telefonů zažíváme sílu levných, kompaktních senzorů vyvinutých v posledních několika desetiletích pro viditelnou oblast elektromagnetického spektra. Naproti tomu detekce nízkofrekvenčního záření, které je pouhým okem neviditelné, jako je střední a vzdálené infračervené záření, vyžaduje složité a drahé vybavení. Senzory pro molekulární rozpoznávání a zobrazování tepelného záření přirozeně vyzařovaného lidským tělem zatím nejsou široce dostupné kvůli nedostatku kompaktní technologie. Proto by nové koncepční průlomy v této oblasti mohly mít obrovský dopad na náš každodenní život. Přímá detekce jednotlivých fotonů s vlnovými délkami většími než 2 mikrometry za okolních podmínek je v současné době stále vážnou technickou výzvou.
V současné době je nejpopulárnější technikou pro detekci středního až vzdáleného infračerveného záření mikrobolometr, který se skládá z řady malých teploměrů, které měří teplo generované absorbovaným zářením. Takové detektory mají řadu omezení, zejména pomalé doby odezvy a neschopnost detekovat slabé radiační signály.
Tým EPFL vedený Christophem Gallandem a Tobiasem Kippenbergem navrhl novou metodu detekce, která jde zcela jinou cestou: nejprve převést neviditelné záření na viditelné světlo a poté jej detekovat pomocí stávajících technologií. Jádrem tohoto nového konceptu jsou hybridní kov-molekulární nanostruktury. Kov je upraven tak, aby soustředil infračervené záření na molekuly, což způsobuje jejich vibrace. Energie vibrujících molekul se pak opět přemění na záření, tentokrát však jako viditelné světlo. Tato hybridní nanostruktura, navržená ve spolupráci s Diego Martin-Cano (Max Planck Institute for Light, Erlangen, Německo), dosahuje vysoké účinnosti konverze a zároveň zmenšuje zařízení na velikosti mnohem menší, než je vlnová délka infračerveného světla.
