物理学者が赤外線を検出する新しい方法を提案
最近、ローザンヌ連邦工科大学 (EPFL) の物理学者が、高感度で単一光子信号も検出できる赤外線放射を検出する新しい方法を提案しました。 テラヘルツおよび中赤外 (MIR) 光子を可視-近赤外 (VIS-NIR) 帯域にアップコンバートし、完全量子モデルを使用してそれらにノイズを追加する分子オプトメカニクス プラットフォームに基づくナノスケール ソリューションと変換効率が詳細に分析されました。 「単一光子レベルでの周波数アップコンバージョンのための分子プラットフォーム」というタイトルの研究が、physics.optics に掲載されました。論文のアドレスは、https://arxiv.org/abs/1910.11395v1 です。
ウェブカメラや携帯電話のカメラを使用すると、電磁スペクトルの可視領域用に過去数十年にわたって開発された安価でコンパクトなセンサーの威力を実感します。 対照的に、中赤外線や遠赤外線など、肉眼では見えない低周波放射線を検出するには、複雑で高価な装置が必要です。 人体から自然に放出される熱放射を分子認識および画像化するためのセンサーは、小型技術が不足しているため、まだ広く利用可能ではありません。 したがって、この分野における新たな概念のブレークスルーは、私たちの日常生活に大きな影響を与える可能性があります。 周囲条件下で 2 マイクロメートルを超える波長を持つ単一光子の直接検出は、現在でも依然として重大な技術的課題です。
現在、中遠赤外線を検出する最も一般的な技術はマイクロボロメーターです。マイクロボロメーターは、吸収された放射線によって発生する熱を測定する一連の小さな温度計で構成されています。 このような検出器には多くの制限があり、特に応答時間が遅いことと、微弱な放射線信号を検出できないことが挙げられます。
Christophe Galland 氏と Tobias Kippenberg 氏が率いる EPFL チームは、まったく異なる経路をたどる新しい検出方法を提案しました。まず、不可視放射線を可視光に変換し、次に既存の技術で検出します。 この新しいコンセプトの中心となるのは、ハイブリッド金属分子ナノ構造です。 金属は分子に赤外線を集中させるように修飾されており、分子を振動させます。 振動する分子のエネルギーは再び放射線に変換されますが、今回は可視光です。 このハイブリッド ナノ構造は、Diego Martin-Cano (ドイツ、エアランゲンのマックス プランク光研究所) と共同で設計されたもので、デバイスを赤外光の波長よりもはるかに小さいサイズに縮小しながら、高い変換効率を達成します。
