MADRID, 21. Juni. (EUROPA PRESS) –
Forscher der Indisches Institut der Wissenschaften (IISc) haben ein Gerät entwickelt, um die Frequenz von kurzwelligem Infrarotlicht in den sichtbaren Bereich zu erhöhen.
Das menschliche Auge kann Licht nur bei bestimmten Frequenzen (dem sogenannten sichtbaren Spektrum) sehen, wobei die niedrigste Frequenz rotes Licht ist. Infrarotlicht, das wir nicht sehen können, Es hat eine noch niedrigere Frequenz als rotes Licht.
Die Hochkonvertierung von Licht hat verschiedene Anwendungen, insbesondere in der Verteidigung und in der optischen Kommunikation. Zum ersten Mal verwendete das IISc-Team ein 2D-Material, um einen sogenannten Stapel nichtlinearer optischer Spiegel zu entwerfen, um diese Aufwärtskonvertierung in Kombination mit der Fähigkeit zur Weitfeldabbildung zu erreichen. Der Stapel besteht aus mehrschichtigem Galliumselenid, das oben auf einer reflektierenden Goldoberfläche befestigt ist. mit einer Schicht Siliziumdioxid dazwischen.
Bei der herkömmlichen Infrarotbildgebung werden exotische Halbleiter mit niedriger Energiebandlücke oder Mikrobolometer-Arrays verwendet, die typischerweise Wärme- oder Absorptionssignaturen des untersuchten Objekts sammeln.
Infrarotbildgebung und -erkennung sind in einer Vielzahl von Bereichen nützlich, von der Astronomie bis zur Chemie. Wenn beispielsweise Infrarotlicht ein Gas durchdringt, kann die Erkennung der Lichtveränderungen den Wissenschaftlern dabei helfen, spezifische Eigenschaften des Gases zu entdecken. Diese Erkennung ist mit sichtbarem Licht nicht immer möglich.
Allerdings ist die Bestehende Infrarotsensoren sind sperrig und nicht sehr effizient. Darüber hinaus ist sein Export aufgrund seines Nutzens für die Verteidigung eingeschränkt.
Die vom IISc-Team verwendete Methode besteht darin, ein eingegebenes Infrarotsignal zusammen mit einem Pumpstrahl in den Spiegelstapel einzuführen. Die nichtlinearen optischen Eigenschaften des Stapelmaterials führen zu einer Mischung der Frequenzen, was zu einem Ausgangsstrahl mit erhöhter (hochkonvertierter) Frequenz führt, bei dem jedoch alle anderen Eigenschaften intakt bleiben. Mit dieser Methode konnten sie Infrarotlicht mit einer Wellenlänge um 1550 nm in sichtbares Licht mit einer Wellenlänge von 622 nm umwandeln. Die ausgegebene Lichtwelle kann mit herkömmlichen Kameras auf Siliziumbasis erfasst werden.
„Dieser Prozess ist konsistent: Die Eigenschaften des Eingangsstrahls bleiben am Ausgang erhalten. Das heißt, wenn ein bestimmtes Muster mit der Eingangs-Infrarotfrequenz gedruckt wird, wird es automatisch auf die neue Ausgangsfrequenz übertragen“, erklärt er. es ist eine Aussage Varun Raghunathan, außerordentlicher Professor am Department of Electrical Communications Engineering (ECE) und korrespondierender Autor der Studie, veröffentlicht in Laser & Photonics Reviews.
Der Vorteil der Verwendung von Galliumselenid sei seine hohe optische Nichtlinearität, das heißt, ein einzelnes Photon des Infrarotlichts und ein einzelnes Photon des Pumpstrahls Sie könnten sich zu einem einzelnen Photon von Licht mit hochkonvertierter Frequenz verbinden.
Das Team konnte eine Aufwärtskonvertierung sogar mit einer dünnen Galliumselenidschicht von nur 45 nm erreichen. Die geringe Größe macht es kostengünstiger als herkömmliche Geräte, die zentimetergroße Kristalle verwenden. Es wurde auch festgestellt, dass seine Leistung mit aktuellen hochmodernen Aufkonvertierungs-Bildgebungssystemen vergleichbar ist.
Jyothsna K Manattayil, ECE-Studentin und Erstautorin, erklärt, dass sie einen Partikelschwarm-Optimierungsalgorithmus verwendet haben, um die Berechnung der richtigen Dicke der notwendigen Schichten zu beschleunigen. Abhängig von der Dicke variieren die Wellenlängen, die das Galliumselenid durchdringen und zu dickeren Schichten werden können. Das bedeutet, dass die Materialstärke je nach Anwendung angepasst werden muss.
„In unseren Experimenten haben wir Infrarotlicht mit 1.550 nm und einen Pumpstrahl mit 1.040 nm verwendet. Das heißt aber nicht, dass es nicht auch für andere Wellenlängen funktioniert“, sagt er. „Wir haben gesehen, dass die Leistung für einen weiten Bereich der Infrarotwellenlängen von 1.400 nm bis 1.700 nm nicht abgenommen hat.“
In Zukunft planen die Forscher, ihre Arbeit auszuweiten, um längerwelliges Licht in dickere Schichten umzuwandeln. Sie versuchen auch, die Effizienz des Geräts durch die Erforschung anderer Stapelgeometrien zu verbessern.
„Das Interesse ist weltweit groß Erhalten Sie Infrarotbilder, ohne Infrarotsensoren zu verwenden. „Unsere Arbeit könnte für diese Anwendungen bahnbrechend sein“, sagt Raghunathan.
