研究人员展示了"挤压"红外光的新方法

研究人员展示了"挤压"红外光的新方法 研究人员已经证明，一种特定类型的氧化物膜可以比块体晶体更有效地限制红外光，这对下一代红外成像技术具有重要意义。这些薄膜膜在压缩波长的同时保持所需的红外频率，从而实现更高的图像分辨率。研究人员利用过渡金属钙钛矿材料和先进的同步加速器近场光谱，表明这些膜中的声子极化子可以将红外光限制在其波长的 10% 以内。这一突破可能带来光子学、传感器和热管理领域的新应用，并可能轻松集成到各种设备中。图片来源：北卡罗来纳州立大学 Yin Liu“薄膜膜保持了所需的红外频率，但压缩了波长，使成像设备能够以更高的分辨率捕捉图像，”该论文的共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学材料科学与工程助理教授 Yin Liu 说道。“我们已经证明，我们可以将红外光限制在其波长的 10% 以内，同时保持其频率 - 这意味着波长循环所需的时间相同，但波峰之间的距离要近得多。块状晶体技术将红外光限制在其波长的 97% 左右。”“这种行为以前只是理论上的，但我们能够通过我们制备薄膜膜的方式和我们对同步加速器近场光谱的新用途首次在实验中证明它，”该论文的共同主要作者、北卡罗来纳州立大学材料科学与工程助理教授 Ruijuan Xu 说道。为了这项工作，研究人员使用了过渡金属钙钛矿材料。具体来说，研究人员使用脉冲激光沉积在真空室中生长出 100 纳米厚的钛酸锶 (SrTiO3) 晶体膜。这种薄膜的晶体结构质量很高，这意味着它几乎没有缺陷。然后将这些薄膜从生长它们的基底上取下，并放置在硅基底的氧化硅表面上。研究人员随后利用劳伦斯伯克利国家实验室先进光源的技术，在钛酸锶薄膜暴露于红外光时对其进行同步近场光谱分析。这使研究人员能够在纳米级捕捉到材料与红外光的相互作用。要了解研究人员学到了什么，我们需要讨论声子、光子和极化子。声子和光子都是能量在材料之间传播的方式。声子本质上是由原子振动引起的能量波。光子本质上是电磁能的波。可以把声子看作是声能的单位，而光子是光能的单位。声子极化子是准粒子，当红外光子与“光学”声子（即可以发射或吸收光的声子）耦合时就会产生。“理论论文提出了这样一种观点，即过渡金属钙钛矿氧化物膜将允许声子极化子限制红外光，”刘说。“而我们的工作现在表明，声子极化子确实限制了光子，并且还阻止光子超出材料表面。这项工作建立了一类用于控制红外波长光的新型光学材料，在光子学、传感器和热管理方面具有潜在的应用，想象一下，能够设计出使用这些材料通过将热量转化为红外光来散热的计算机芯片。”“这项工作也令人兴奋，因为我们展示的制造这些材料的技术意味着薄膜可以很容易地与各种各样的基底集成，”徐说。“这应该可以轻松地将这些材料整合到许多不同类型的设备中。”编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新研发的红外线滤镜可让日常眼镜兼作夜视镜片

新研发的红外线滤镜可让日常眼镜兼作夜视镜片 夜视技术应用广泛，从体育运动到军事和医疗行动。然而，这些技术受到笨重的光处理和低温冷却组件的限制，同时还依赖于窄带隙半导体（如 InGaAs），而这种半导体需要低温运行且噪声水平较高。此外，这些系统通常会阻挡可见光。这些装备可能重达两磅多，因此戴上护目镜进行夜跑是不切实际的，甚至可能是不安全的。澳大利亚的研究人员现在发现，利用基于元表面的上转换技术一种可以同时捕捉红外光和可见光的超薄材料可以增强日常眼镜的夜视能力。他们上个月在《先进材料》（Advanced Materials）杂志上发表了这一研究成果。TMOS 是澳大利亚研究理事会（ARC）的变革性元光学系统卓越中心，该中心的研究人员创造了一种比保鲜膜还薄的红外滤光片，重量不到一克，有朝一日可以安装在一副普通眼镜上。了解一下传统的夜视技术，就会明白这种滤波器任务的复杂性。传统的夜视技术要求红外光子通过一个透镜，遇到一个光电阴极，光电阴极将这些光子转化为电子，电子再通过一个微通道板，以增加产生电子的数量。这些电子通过荧光屏重新转化为光子，产生肉眼可见的强化可见图像。这些元件需要低温冷却，以防止热噪声加剧。相比之下，在基于元表面的上转换技术中，光子通过单个谐振元表面，与泵浦光束混合。共振元表面增强了光子的能量，将其转换为可见光光谱，无需进行电子转换。它还能在室温下工作，无需笨重的冷却系统。此外，利用上转换技术，成像系统可以在一张图像中同时捕捉可见光和不可见光。研究人员最初的技术采用了砷化镓元表面。新的元表面由铌酸锂制成，在可见光范围内完全透明，因此效率更高。此外，光子束在更宽的表面区域传播，限制了数据的角度损失。研究人员首次展示了高分辨率上转换成像技术，将非局部元表面中的1550纳米红外光转换为可见的550纳米光。研究报告的作者罗西奥-卡马乔-莫拉莱斯（Rocio Camacho Morales）说，他们之所以选择这些波长，是因为1550 nm红外光通常用于电信领域，而550 nm是人眼高度敏感的可见光。"未来的研究将包括扩大该设备的敏感波长范围，旨在获得宽带红外成像，以及探索图像处理，包括边缘检测"。 ... PC版： 手机版：

大阪大学研究人员开发出柔韧可弯曲的光学传感器 揉成一团也能用

大阪大学研究人员开发出柔韧可弯曲的光学传感器 揉成一团也能用 在最近发表于《先进材料》（Advanced Materials）上的一项研究中，大阪大学科学与工业研究所（SANKEN）的研究人员在一种超薄柔性薄片上开发出了一种光学传感器，这种传感器可以弯曲而不会断裂。事实上，这种传感器非常灵活，即使被揉成一团也能正常工作。在照相机中，光学传感器是感应穿过镜头的光线的装置，类似于人眼的视网膜。传感器设计的创新"传统的光学传感器是使用无机半导体和铁电材料制造的，"该研究的主要作者 Rei Kawabata 说。"这使得传感器变得僵硬，无法弯曲。为了避免这个问题，我们研究了另一种探测光的方法。"与传统的光传感器不同，研究人员使用的是印在超薄聚合物基底（小于 5 微米）上的微小碳纳米管光电探测器阵列。当暴露在光线下时，碳纳米管会发热，形成热梯度，然后产生电压信号。在印刷过程中掺入化学载体可进一步提高纳米管的灵敏度。利用这些纳米管，可以测量可见光以及与热或分子有关的红外光。用于宽带红外热分析的集成有机电路的超灵活无线成像仪利用片状光学传感器对光、热和分子进行探测和成像。无线技术集成除了碳纳米管传感器，聚合物基板上还印有有机晶体管，将电压信号组织成图像信号。要读取这种信号，计算机不需要通过电线与传感器进行物理连接。取而代之的是一个无线蓝牙模块。该研究的资深作者荒木祯平说："有了这套无线系统，我们的成像仪就能附着在柔软和弯曲的物体上，对其表面或内部进行分析，而不会损坏它们。"集成了碳纳米管光电探测器和有机晶体管的片式光学传感器研究人员制作了薄片型光学传感器的原型，并测试了其感应人体手指或电线等物体的热量以及流经管道的葡萄糖的能力。他们发现，这种光学传感器在很宽的波长范围内都具有很高的灵敏度。此外，在室温和大气条件下，测试表明它具有很高的弯曲耐久性，即使被揉皱也能正常工作。这种无线测量系统和薄片型光学传感器的独特优势将为执行许多任务（如无需采样即可评估液体质量）带来更简单的新方法。研究人员认为，它在无损成像、可穿戴设备和软机器人等许多应用领域都大有可为。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

韩国 开发出新系统，使用红外为 30 米外的手机进行无线充电

韩国 开发出新系统，使用红外为 30 米外的手机进行无线充电 使用 1550nm 红外激光器将 400 mW 的光功率无线传输到 100 英尺（约 30 米）外，接收器将能量可转化为 85mW 的电能。 如果有物体或者人挡住了传输路线，该系统将会自动转变为安全的低功率传输模式。 红外……这东西跟可见光一样在空气中衰减都很大吧

这种桌面小灯发射出的近红外线号称能改善人的情绪

这种桌面小灯发射出的近红外线号称能改善人的情绪 因此，光疗灯越来越受欢迎。我不久前买了一个。它又大又笨重，像日光浴灯一样发出强光。这些产品依靠可见光光谱，为我们这些在电脑前度过漫长时光的人模拟太阳的影响。最近，光谱中的"近红外"（NIR）光段作为可见光的潜在替代品越来越受欢迎。顾名思义，近红外光谱介于红外线和可见光之间，大约在 600 纳米和 1000 纳米之间。据美国国立卫生研究院称，"光谱中远红（FR）至近红外（NIR）范围内的低强度光疗法，统称为光生物调制（PBM），作为一种新型工具，近年来在各种医疗条件下的实验性治疗应用中获得了全世界的关注"。本周末，在世界移动通信大会（MWC）上，一家名为 Seaborough 的荷兰公司（考虑到荷兰冬季缺少阳光，这家公司的名字很贴切）展示了用于取代大型 SAD 灯的小型设备。一个放在电脑旁边，另一个夹在显示器上方，看起来很像外置摄像头。这两种设备都插入 USB 端口供电。遗憾的是，这些设备只是概念验证。公司目前正在寻找合作伙伴，以获得技术许可。理想情况下，Seaborough 希望最终将其内置到笔记本电脑中，使其能够更加普及，不过出现独立的第三方配件似乎也有可能。当然，这种设备很难评价它的实际效果，因为需要考虑到潜在的安慰剂效应。不过，科学家已经对这个问题进行了一些研究。就拿十年前发表的一篇论文来说吧："结果表明，仅 6.5 J-cm-2 的 PBM 治疗对幸福感和健康有持续的积极好处，特别是改善情绪、减少嗜睡、降低 IFN-γ 和静息心率"。研究指出，这种影响只在冬季出现。此外，它也没有对参与者的昼夜节律产生有意义的影响。尽管如此，我们仍然可以说，很多东西还没有定论。 ... PC版： 手机版：

NASA开发的创新型红外传感器提高了地球和空间成像的分辨率

NASA开发的创新型红外传感器提高了地球和空间成像的分辨率 戈达德工程师 Murzy Jhabvala 拿着他的紧凑型热成像仪技术的核心部件一种高分辨率、高光谱范围的红外传感器，适用于小型卫星和前往其他太阳系天体的任务。资料来源：美国国家航空航天局这些相机配备了高灵敏度、高分辨率的应变层超格传感器，这些传感器最初是由美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心开发的，由内部研究与开发（IRAD）计划资助。由于设计紧凑、重量轻、用途广，Tilak Hewagama 等工程师可以根据不同的科学应用对它们进行定制。增强的传感器功能Hewagama 说："将滤光片直接连接到探测器上，消除了传统镜头和滤光片系统的巨大质量。这使得低质量的仪器拥有了一个紧凑的焦平面，现在可以使用更小、更高效的冷却器进行红外探测。小型卫星和任务可以从其分辨率和精确度中获益。"工程师 Murzy Jhabvala 在马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心领导了最初的传感器开发工作，并领导了今天的滤波器集成工作。Jhabvala 还领导了国际空间站上的"紧凑型热成像仪"实验，该实验展示了新传感器技术如何在太空中生存，同时也证明了其在地球科学领域的重大成功。通过两个红外波段捕捉到的1500多万张图像为发明者贾巴拉、NASA戈达德同事唐-詹宁斯（Don Jennings）和康普顿-塔克（Compton Tucker）赢得了2021年年度发明奖。2019 年和 2020 年，紧凑型热成像仪在国际空间站上捕捉到了澳大利亚异常严重的火灾。凭借其高分辨率，它探测到了火锋的形状和位置，以及火锋距离居民区有多远这些信息对急救人员至关重要。资料来源：美国国家航空航天局地球和空间观测的突破这次试验获得的数据提供了有关野火的详细信息，让人们更好地了解了地球云层和大气层的垂直结构，并捕捉到了由地球陆地特征引起的上升气流，这种上升气流被称为重力波。这种突破性的红外传感器利用层层重复的分子结构与单个光子（或光的单位）相互作用。这种传感器能以更高的分辨率分辨更多波长的红外线：从轨道上看，每个像素的分辨率为 260 英尺（80 米），而目前的热像仪的分辨率为 1000 至 3000 英尺（375 至 1000 米）。这些热量测量相机的成功吸引了美国国家航空航天局地球科学技术办公室（ESTO）、小企业创新与研究以及其他计划的投资，以进一步扩大其覆盖范围和应用。Jhabvala和NASA的先进陆地成像热红外传感器（ALTIRS）团队正在为今年的激光雷达、高光谱和热成像仪（G-LiHT）机载项目开发六波段版本。他说，这种首创的相机将测量地表热量，并能以高帧频进行污染监测和火灾观测。新一代火灾成像技术美国国家航空航天局戈达德地球科学家道格-莫顿（Doug Morton）领导了一个 ESTO 项目，开发用于野火探测和预测的紧凑型火灾成像仪。莫顿说："我们不会看到更少的火灾，因此我们正试图了解火灾在其生命周期中是如何释放能量的。这将帮助我们更好地理解在一个越来越易燃的世界中火灾的新特性。"CFI 将同时监测释放更多温室气体的最热火灾和产生更多一氧化碳以及烟雾和灰烬等空气传播颗粒的较冷、燃烧的煤炭和灰烬。莫顿说："在安全和了解燃烧释放的温室气体方面，这些都是关键因素。"莫顿的团队设想，在对火情成像仪进行机载测试后，他们将装备一个由 10 颗小型卫星组成的舰队，每天提供更多的火情图像，从而提供全球火情信息。他说，结合下一代计算机模型，"这些信息可以帮助森林服务和其他消防机构预防火灾，提高前线消防员的安全，保护火灾路径上居民的生命和财产安全"。探测地球内外的云层美国国家航空航天局戈达德地球科学家吴栋说，该传感器装有偏振滤光片，可以测量地球高层大气云层中的冰颗粒是如何散射和偏振光的。吴说，这一应用将补充美国国家航空航天局的浮游生物、气溶胶、云层和海洋生态系统（PACE）任务，该任务在上个月早些时候揭示了其首批光图像。两者都测量光波的偏振方向与红外光谱不同部分的传播方向的关系。他解释说："PACE偏振计监测可见光和短波红外光。这项任务将重点关注白天观测到的气溶胶和海洋颜色科学。在中波和长波红外波段，新的红外偏振计将从白天和夜间观测中捕捉云层和表面特性。"在另一项工作中，Hewagama 正在与 Jhabvala 和 Jennings 合作，加入线性可变滤光片，以提供红外光谱中更多的细节。这些滤光片可以显示大气分子的旋转和振动以及地球表面的成分。行星科学家卡莉-安德森（Carrie Anderson）说，这项技术也能让前往岩质行星、彗星和小行星的任务受益匪浅。她说，他们可以识别土星卫星恩克拉多斯（Enceladus）巨大羽流中释放出的冰和挥发性化合物。"它们本质上是冰的喷泉，"她说，"当然是冷的，但发出的光在新红外传感器的探测范围之内。在太阳的背景下观察这些羽流，可以让我们非常清楚地识别它们的成分和垂直分布。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：