Natuurkundigen stellen een nieuwe manier voor om infraroodstraling te detecteren
Onlangs hebben natuurkundigen van het Federal Institute of Technology in Lausanne (EPFL) een nieuwe methode voorgesteld voor het detecteren van infraroodstraling, die zeer gevoelig is en zelfs afzonderlijke fotonsignalen kan detecteren. Een oplossing op nanoschaal gebaseerd op een moleculair optomechanisch platform om terahertz en mid-infrarood (MIR) fotonen op te waarderen naar de zichtbaar-nabij-infrarood (VIS-NIR) band en er ruis aan toe te voegen met behulp van een volledig kwantummodel en conversie-efficiëntie werden in detail geanalyseerd . Het onderzoek getiteld "Molecular platform for frequency upconversion at the single-photon level" werd gepubliceerd in physics.optics, en het adres van het artikel is: https://arxiv.org/abs/1910.11395v1.
Bij het gebruik van webcams of camera's van mobiele telefoons ervaren we de kracht van goedkope, compacte sensoren die de afgelopen decennia zijn ontwikkeld voor het zichtbare gebied van het elektromagnetische spectrum. Daarentegen vereist het detecteren van laagfrequente straling die onzichtbaar is voor het blote oog, zoals mid- en ver-infraroodstraling, complexe en dure apparatuur. Sensoren voor moleculaire herkenning en beeldvorming van warmtestraling die van nature door het menselijk lichaam wordt uitgezonden, zijn nog niet overal verkrijgbaar vanwege een gebrek aan compacte technologie. Daarom kunnen nieuwe conceptuele doorbraken op dit gebied een enorme impact hebben op ons dagelijks leven. Directe detectie van enkele fotonen met golflengten groter dan 2 micrometer onder omgevingsomstandigheden is momenteel nog een serieuze technische uitdaging.
Momenteel is de meest populaire techniek voor het detecteren van middellange tot verre infraroodstraling de microbolometer, die bestaat uit een reeks kleine thermometers die de warmte meten die wordt gegenereerd door geabsorbeerde straling. Dergelijke detectoren hebben een aantal beperkingen, met name trage responstijden en het onvermogen om zwakke stralingssignalen te detecteren.
Het EPFL-team onder leiding van Christophe Galland en Tobias Kippenberg heeft een nieuwe detectiemethode voorgesteld die een heel ander pad volgt: eerst de onzichtbare straling omzetten in zichtbaar licht en deze vervolgens detecteren met bestaande technologieën. De kern van dit nieuwe concept zijn hybride metaal-moleculaire nanostructuren. Het metaal is aangepast om infraroodstraling op de moleculen te richten, waardoor ze gaan trillen. De energie van de trillende moleculen wordt dan weer omgezet in straling, maar nu als zichtbaar licht. Deze hybride nanostructuur, ontworpen in samenwerking met Diego Martin-Cano (Max Planck Instituut voor Licht, Erlangen, Duitsland), bereikt een hoge conversie-efficiëntie terwijl de apparaten worden verkleind tot afmetingen die veel kleiner zijn dan de golflengte van infrarood licht.
