來自：2.6萬人已關(guān)注 光行天下 江蘇激光聯(lián)盟陳長 ** 載

光是一種電磁波，它由在空間中傳播的振蕩電場和磁場組成。每種波都有其頻率的特征，頻率是指每秒振蕩的次數(shù)，單位是赫茲（Hz）。我們的眼睛可以探測到400~750萬億Hz或400~750THz之間的頻率，這定義了可見光譜。手機相機的光傳感器可以探測到300THz的頻率，而光纖網(wǎng)絡(luò)連接所用的探測器的靈敏度約為200THz。

在較低的頻率下，光傳輸?shù)哪芰坎蛔阋杂|發(fā)我們眼睛中的光感受器和許多其他感受器，這是一個問題，因為在100THz以下的中紅外和遠紅外光譜儀中有豐富的信息。例如，一個表面溫度為20 ℃的物體發(fā)出高達10THz的紅外線，可以通過熱成像“看到”。此外，化學(xué)物質(zhì)和生物物質(zhì)在中紅外波段具有明顯的吸收帶，這意味著我們可以通過紅外光譜儀遠程無損地識別它們，紅外光譜儀有多種應(yīng)用。

將紅外線轉(zhuǎn)化為可見光

EPFL、中國武漢理工大學(xué)、西班牙巴倫西亞理工大學(xué)和荷蘭原子和分子物理學(xué)研究所（AMOLF）的科學(xué)家們現(xiàn)在開發(fā)了一種新的方法，通過將紅外線的頻率改變?yōu)榭梢姽獾念l率來探測紅外線。該設(shè)備可以擴展“視線”的一般可用和高靈敏度探測器的可見光遠到紅外。這項突破發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

變頻不是一件容易的事。由于能量守恒定律，光的頻率是一種基礎(chǔ)，它不能輕易地通過在表面上反射光或通過材料來改變。

研究人員通過一種介質(zhì)——微小的振動分子——給紅外光增加能量，從而解決了這個問題。紅外光直接照射到分子上，在分子上轉(zhuǎn)化為振動能。同時，一束更高頻率的激光束沖擊同樣的分子，提供額外的能量，并將振動轉(zhuǎn)化為可見光。為了促進轉(zhuǎn)化過程，分子被夾在金屬納米結(jié)構(gòu)之間，通過將紅外光和激光能量集中在分子上，充當(dāng)光學(xué)天線。

一束新光

該研究的負責(zé)人、EPFL基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院的Christophe Galland教授說：“這種新設(shè)備有很多吸引人的功能。首先，轉(zhuǎn)換過程是連貫的，這意味著所有存在于原始紅外光中的信息都忠實地映射到新生成的可見光上。它允許用標(biāo)準(zhǔn)的探測器進行高分辨率紅外光譜儀分析，就像在手機相機中發(fā)現(xiàn)的那樣。其次，每個設(shè)備的長度和寬度都只有幾微米，這意味著它可以被整合到大型像素陣列中。最后，該方法具有高度的通用性，可以通過簡單地選擇具有不同振動模式的分子來適應(yīng)不同的頻率?！?/p>

該研究的第一作者Wen Chen博士警告說：“到目前為止，該器件的光轉(zhuǎn)換效率仍然很低。我們現(xiàn)在正集中力量進一步對其進行改善，這是邁向商業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵一步?！?/p>

相關(guān)鏈接：https://phys.org/news/2021-12-molecular-device-infrared-visible.html

參考文獻：Wen Chen et al, Continuous-Wave Frequency Upconversion with a Molecular Optomechanical Nanocavity, Science (2021). DOI: 10.1126/science.abk3106. ** .science.org/doi/10.1126/science.abk3106