Ученые из Австралии создали метаповерхность, которая преобразует невидимый инфракрасный свет в видимый и делает изображения более чем в 1000 раз ярче по сравнению с использованием отдельных наночастиц. Технология может стать основой компактных систем ночного видения, дистанционного зондирования и биомедицинской визуализации.
Инфракрасное излучение невидимо для человеческого глаза, но несет информацию о тепле и объектах вокруг нас. Его применяют в системах наблюдения, промышленной диагностике, медицине и мониторинге окружающей среды. Однако инфракрасные камеры остаются дорогими: их детекторы сложны в производстве, а некоторые из них требуют охлаждения.
Новая разработка может стать основой для более компактных, легких и доступных систем инфракрасной визуализации. Международная команда исследователей создала оптический экран — метаповерхность, покрытую структурами размером в тысячи раз меньше толщины человеческого волоса. Экран преобразует инфракрасное излучение непосредственно в видимый свет. При этом полученное изображение становится более чем в 1000 раз ярче, чем при использовании наночастиц отдельно.
Ученые покрыли структурированную поверхность крошечными частицами из редкоземельных материалов. Они поглощают инфракрасный свет, а затем переизлучают его в видимом диапазоне. Метаповерхность нужна для того, чтобы управлять поведением света. Она улавливает и концентрирует инфракрасное излучение в нужных областях, усиливая взаимодействие света с наночастицами.
Главной проблемой при разработке было сочетание яркости и четкости изображения. В предыдущих подходах усиление сигнала часто приводило к размытию мелких деталей. Результат мог заметно зависеть от угла, под которым свет попадал на поверхность. Команда решила эту проблему с помощью диэлектрической метаповерхности с «плоской полосой». Она сохраняет стабильную работу при разных углах падения света. В результате исследователям удалось получить яркие изображения с высоким контрастом и сохранить мелкие пространственные детали.
По словам ведущего авторов работы, новый подход отличается от традиционных систем тем, что преобразует инфракрасное изображение в видимое с помощью компактного оптического экрана.
Технология может использоваться в ночном видении, дистанционном зондировании, биомедицинской визуализации и компактных инфракрасных камерах, совместимых со стандартными технологиями видимой визуализации. Еще одно преимущество разработки — совместимость с масштабируемыми методами производства, включая наноимпринтную литографию. Это потенциально позволит создавать недорогие инфракрасные устройства большой площади.
До появления коммерческих продуктов потребуется дополнительная работа. Нынешний прототип использует активное инфракрасное освещение. Ученые рассчитывают, что дальнейшее развитие материалов на основе наночастиц и метаповерхностей поможет уменьшить необходимое количество инфракрасного света. В перспективе это может открыть путь к легким инфракрасным системам визуализации, которым не нужны традиционные детекторы.
Читайте также:
Дождь может повредить краску микроскопическими электрическими разрядами
Автомобили смогут ориентироваться без GPS благодаря разработке МИФИ
3D-принтер сможет печатать предметы, распознающие прикосновения и движения