Cercetătorii dezvoltă un ecran optic compact care ar putea reduce costul camerelor infraroșu
O echipă internațională de cercetători a demonstrat o metodă nouă de a face vizibilă lumina infraroșie, invizibilă pentru ochiul uman, fără a depinde de tehnologia scumpă de detectare folosită în camerele infraroșu actuale. Studiul, condus de Centrul de Excelență ARC pentru Sisteme Meta-Optice Transformative (TMOS) de la Universitatea din Melbourne, a fost publicat în revista Light: Science & Applications.
Lumina infraroșie transportă informații despre căldură și obiectele din mediu și este utilizată pe scară largă în monitorizarea mediului, inspecția industrială, medicină și securitate. Cu toate acestea, camerele infraroșu rămân costisitoare deoarece se bazează pe detectori specializați, scumpi de fabricat și care necesită adesea răcire.
Noul dispozitiv constă într-un ecran optic — o „metasuprafață” — acoperit cu structuri minuscule, de mii de ori mai mici decât lățimea unui fir de păr uman. Ecranul transformă direct lumina infraroșie invizibilă în lumină vizibilă, făcând imaginea convertită de peste 1.000 de ori mai luminoasă. Acesta funcționează prin controlul comportamentului luminii, concentrând lumina infraroșie acolo unde este necesar pentru a spori luminozitatea imaginii.
„Imagistica infraroșu are un potențial enorm, dar camerele actuale depind în general de detectori semiconductori scumpi”, a declarat autorul principal, dr. Nima Sefidmooye Azar, care a finalizat lucrarea în cadrul TMOS la Universitatea din Melbourne și care în prezent își desfășoară activitatea la Universitatea din Queensland. „Platforma noastră oferă o abordare complet diferită, transformând imaginile infraroșu în imagini vizibile cu ajutorul unui ecran optic compact”, a adăugat el.
Cercetătorii au acoperit suprafața structurată cu particule minuscule din materiale de pământuri rare. Aceste particule absorb lumina infraroșie și o reemit ca lumină vizibilă. Metasuprafața a fost proiectată pentru a captura și concentra lumina infraroșie incidentă, intensificând dramatic interacțiunea dintre lumină și nanoparticule. Abordarea a făcut ca imaginile convertite să fie de peste 1.000 de ori mai luminoase decât ar putea obține nanoparticulele singure.
Coautorul Kenneth Crozier, profesor la TMOS în cadrul Universității din Melbourne, a explicat că cea mai mare provocare a fost faptul că sporirea luminozității imaginii o făcea adesea mai neclară. Spre deosebire de abordările anterioare, noul design sporește luminozitatea imaginii păstrându-i claritatea — două obiective greu de atins simultan. „Cantitatea de iluminare se schimba în funcție de unghiul din care venea lumina, determinând dispariția detaliilor fine”, a spus Crozier. Echipa a depășit acest obstacol proiectând un nou tip de metasuprafață — o metasuprafață dielectrică „cu bandă plată” — care funcționează constant chiar și atunci când lumina sosește din unghiuri diferite.
Echipa a demonstrat cu succes imagistica de conversie infraroșu-vizibil de înaltă rezoluție, producând imagini vizibile luminoase și cu contrast ridicat din modele infraroșu, păstrând în același timp detaliile spațiale fine.
Deși prototipul actual necesită iluminare infraroșie activă, Azar consideră că progresele continue în materialele cu nanoparticule și în ingineria metasuprafețelor ar putea reduce dramatic cantitatea de lumină infraroșie necesară, apropiind aplicațiile practice. Deoarece dispozitivul este compatibil cu metode de fabricare scalabile, precum litografia prin nanoimprimare, acesta ar putea permite în cele din urmă dispozitive de imagistică infraroșu de mari dimensiuni și cu cost redus.
„Platforma noastră combină o amplificare puternică a conversiei, robustețea unghiulară și independența de polarizare într-un singur dispozitiv compact”, a declarat Azar. „Abordarea oferă o cale către tehnologii de imagistică infraroșu ușoare, fără detectori.”
Deși mai este nevoie de dezvoltare până când tehnologia va ajunge la produse comerciale, cercetătorii cred că aceasta ar putea fi aplicată pe scară largă. „Aplicațiile potențiale includ vederea nocturnă, teledetecția, imagistica biomedicală și camerele infraroșu compacte compatibile cu tehnologiile standard de imagistică vizibilă”, a spus Azar.
