صفحه نمایش اپتیکال فشرده می تواند راه را برای دوربین های مادون قرمز ارزان تر هموار کند

توسط مرکز تعالی ARC برای سیستم‌های متا نوری تبدیل‌شونده

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

تحقیقات جدید توسط مرکز تعالی ARC برای سیستم‌های متااپتیکی تبدیل‌کننده (TMOS) در دانشگاه ملبورن، روش جدیدی را برای قابل مشاهده کردن نور مادون قرمز نامرئی بدون تکیه بر فناوری آشکارساز گران‌قیمت مورد استفاده در دوربین‌های مادون قرمز امروزی نشان می‌دهد.

مادون قرمز نوعی نور است که چشم ما نمی تواند ببیند، اما اطلاعاتی در مورد گرما و اشیاء موجود در محیط دارد. این به طور گسترده ای برای نظارت بر محیط زیست، بازرسی صنعتی، پزشکی و امنیت استفاده می شود.

با این حال، فناوری‌هایی مانند دوربین‌های مادون قرمز گران هستند زیرا به آشکارسازهای تخصصی متکی هستند که ساخت آن‌ها پرهزینه است و اغلب نیاز به خنک‌کننده دارند.

تیم بین المللی از محققان روش جدیدی را برای دیدن نور مادون قرمز نشان دادند که می تواند روزی این سیستم ها را کوچکتر، سبک تر و بسیار ارزان تر کند. این مطالعه در مجله Light: Science & Applications منتشر شده است.

نویسنده اصلی، دکتر نیما سفیدمویی آذر، کار را در حالی که در TMOS در دانشگاه ملبورن مشغول به کار بود، تکمیل کرد. آزار که اکنون در دانشگاه کوئینزلند مستقر است، می‌گوید که این تیم یک صفحه نوری - یک "متاسطح" - ساخته شده است که در ساختارهای ریز هزاران بار کوچکتر از عرض یک موی انسان پوشانده شده است.

صفحه نمایش نور مادون قرمز نامرئی را مستقیما به نور مرئی تبدیل می کند در حالی که تصویر تبدیل شده را بیش از 1000 برابر روشن تر می کند. با کنترل نحوه رفتار نور، متمرکز کردن نور مادون قرمز نامرئی در جایی که برای روشن‌تر کردن تصویر مورد نیاز است، کار می‌کند.

آذر می گوید: «تصویربرداری مادون قرمز پتانسیل بسیار زیادی دارد، اما دوربین های امروزی معمولا به آشکارسازهای نیمه هادی گران قیمت وابسته هستند.

او می‌گوید: «پلت‌فرم ما با تبدیل تصاویر مادون قرمز به تصاویر مرئی با استفاده از صفحه‌نمایش نوری فشرده، رویکردی کاملا متفاوت ارائه می‌کند.

محققان سطح طرح‌دار را با ذرات ریز ساخته شده از مواد خاکی کمیاب پوشانده‌اند. این ذرات نور مادون قرمز را جذب کرده و دوباره به صورت نور مرئی ساطع می کنند.

متاسطح برای به دام انداختن و تمرکز نور فروسرخ ورودی طراحی شده است که به طور چشمگیری برهمکنش بین نور و نانوذرات را تقویت می کند.

این رویکرد باعث شد که تصاویر تبدیل شده بیش از 1000 برابر روشن‌تر از آن چیزی باشد که نانوذرات می‌توانند به تنهایی به دست آورند.

کنت کروزیر، یکی از نویسندگان این مقاله، استاد TMOS در دانشگاه ملبورن، می‌گوید بزرگترین چالش این بود که روشن‌تر کردن تصویر اغلب آن را تار می‌کرد.

برخلاف رویکردهای قبلی، طراحی جدید تصویر را روشن‌تر می‌کند و در عین حال واضح‌تر نگه می‌دارد - دو هدفی که به طور سنتی دستیابی به آن‌ها در یک زمان دشوار بوده است.

کروزیر می‌گوید: «میزان درخشندگی بسته به زاویه‌ای که نور از آن وارد می‌شود، تغییر می‌کند و باعث می‌شود جزئیات ظریف ناپدید شوند.

این تیم با طراحی نوع جدیدی از فراسطح - یک متاسطح دی الکتریک "باند مسطح" - که حتی زمانی که نور از زوایای مختلف می رسد به طور مداوم کار می کند، بر این امر غلبه کرد.

کروزیر می‌گوید: «ما سطح را طوری طراحی کردیم که تصاویر مادون قرمز را بسیار روشن‌تر می‌کند بدون اینکه آنها را تار کند.

این تیم با موفقیت تصویربرداری مادون قرمز به مرئی با وضوح بالا را نشان داد و تصاویر روشن و قابل مشاهده با کنتراست بالا را از الگوهای فروسرخ تولید کرد و در عین حال جزئیات فضایی دقیق را حفظ کرد.

آزار می گوید که اگرچه نمونه اولیه فعلی به روشنایی مادون قرمز فعال نیاز دارد، پیشرفت مداوم در مواد نانوذرات و مهندسی فراسطح می تواند به طور چشمگیری میزان نور مادون قرمز مورد نیاز را کاهش دهد و کاربردهای عملی را نزدیک تر کند.

از آنجایی که این دستگاه با روش‌های تولید مقیاس‌پذیر مانند لیتوگرافی نانوامپرینت سازگار است، می‌گوید که در نهایت می‌تواند دستگاه‌های تصویربرداری مادون قرمز با مساحت بزرگ و کم هزینه را فعال کند.

آذر می‌گوید: «پلت‌فرم ما بهبود تبدیل قوی، استحکام زاویه‌ای و استقلال قطبش را در یک دستگاه فشرده ترکیب می‌کند.

این رویکرد راهی به سوی فناوری‌های تصویربرداری فروسرخ سبک و بدون آشکارساز ارائه می‌کند.»

در حالی که قبل از رسیدن این فناوری به محصولات تجاری به توسعه بیشتری نیاز است، محققان بر این باورند که در نهایت می توان آن را به طور گسترده به کار برد.

آذر می گوید: «کاربردهای بالقوه شامل دید در شب، سنجش از راه دور، تصویربرداری زیست پزشکی و دوربین های مادون قرمز فشرده سازگار با فناوری های استاندارد تصویربرداری مرئی است.

نیما سفیدموی آذر و همکاران، تصویربرداری ارتقاء تبدیل مادون قرمز به مرئی از طریق صفحات هیبریدی نانوذرات متاسطح-لانتانید، نور: علم و کاربردها (2026). DOI: 10.1038/s41377-026-02449-5

اطلاعات مجله: Light: Science & Applications

ارائه شده توسط مرکز تعالی ARC برای سیستم های متا اپتیکال تبدیل شونده

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →