一種分子裝置可將紅外線變成可見光

科技日報北京12月7日電 （記者張夢然）一個國際研究團隊開發出一種檢測紅外光的新方法，通過將紅外光的頻率變為可見光的頻率，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。這一突破性研究發表在最近的《科學》雜誌上。

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網的檢測器可檢測到大約200太赫茲的頻率。

在較低頻率下，光傳輸的能量不足以觸發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）有着豐富的可用信息。例如，表面温度為20℃的物體會發出高達10太赫茲的紅外光，這可以通過熱成像“看到”。此外，化學和生物物質在中紅外區域具有不同的吸收帶，這意味着可通過紅外光譜遠程無損地識別它們。

但變頻並不是一件容易的事。由於能量守恆定律，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，來自瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）、中國武漢理工大學、西班牙瓦倫西亞理工大學和荷蘭原子和分子物理學研究所的科學家們通過使用介質（微小振動分子）向紅外光添加能量來解決這個問題。紅外光被引導到分子，在那裏被轉換成振動能量。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，並將振動轉化為可見光。為了促進轉換過程，分子夾在金屬納米結構之間，通過將紅外光和激光能量集中在分子上，充當光學天線。

領導這項研究的EPFL基礎科學學院克里斯多夫·加蘭德教授説：“新設備具有許多吸引人的功能。首先，轉換過程是連貫的，這意味着原始紅外光中存在的所有信息都忠實地映射到新產生的可見光上。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分析。其次，每個設備的長度和寬度約為幾微米，這意味着它可以合併到大型像素陣列中。最後，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，即可適應不同的頻率。”