圖片來源：尼古拉斯·安蒂列

一個國際研究團隊開發(fā)出一種檢測紅外光的新方法，通過將紅外光的頻率變?yōu)榭梢姽獾念l率，可將常見的高靈敏度可見光探測器的“視野”擴展到遠紅外線。這一突破性研究發(fā)表在最近的《科學(xué)》雜志上。

人類眼睛可看到400—750太赫茲之間的頻率，這些頻率定義了可見光譜。手機攝像頭中的光傳感器可檢測低至300太赫茲的頻率，而通過光纖連接互聯(lián)網(wǎng)的檢測器可檢測到大約200太赫茲的頻率。

在較低頻率下，光傳輸?shù)哪芰坎蛔阋杂|發(fā)人類眼睛和許多其他傳感器中的光感受器，而100太赫茲以下的頻率（中紅外和遠紅外光譜儀）有著豐富的可用信息。例如，表面溫度為20℃的物體會發(fā)出高達10太赫茲的紅外光，這可以通過熱成像“看到”。此外，化學(xué)和生物物質(zhì)在中紅外區(qū)域具有不同的吸收帶，這意味著可通過紅外光譜儀遠程無損地識別它們。

但變頻并不是一件容易的事。由于能量守恒定律，光的頻率無法通過反射或透射等方法輕易改變。

在新研究中，來自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）、中國武漢理工大學(xué)、西班牙瓦倫西亞理工大學(xué)和荷蘭原子和分子物理學(xué)研究所的科學(xué)家們通過使用介質(zhì)（微小振動分子）向紅外光添加能量來解決這個問題。紅外光被引導(dǎo)到分子，在那里被轉(zhuǎn)換成振動能量。同時，更高頻率的激光束撞擊相同的分子以提供額外的能量，并將振動轉(zhuǎn)化為可見光。為了促進轉(zhuǎn)換過程，分子夾在金屬納米結(jié)構(gòu)之間，通過將紅外光和激光能量集中在分子上，充當光學(xué)天線。

領(lǐng)導(dǎo)這項研究的EPFL基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院克里斯多夫·加蘭德教授說：“新設(shè)備具有許多吸引人的功能。首先，轉(zhuǎn)換過程是連貫的，這意味著原始紅外光中存在的所有信息都忠實地映射到新產(chǎn)生的可見光上。它允許使用標準探測器（如手機攝像頭中的探測器）進行高分辨率紅外光譜儀分析。其次，每個設(shè)備的長度和寬度約為幾微米，這意味著它可以合并到大型像素陣列中。最后，該方法具有高度通用性，只需選擇具有不同振動模式的分子，即可適應(yīng)不同的頻率。”（張夢然）