Зрительная система человека не позволяет ему видеть мир в ИК-диапазоне (в отличие от представителей фауны, которые обладают специальными рецепторами на разных участках туловища), но человек смог компенсировать свои физические лишения и с помощью технических разработок “лицезреть” картинку в инфракрасном спектре не хуже животного.

Техника нам в помощь

Может показаться, что статья с заявлением встроить ИК-камеру в смартфоны вышла со значительным опозданием: такие гаджеты уже давно появились в широком производстве, вспомнить только камеру OnePlus 8 Pro, обладающей фильтром, чувствительным к свету в ИК-диапазоне и позволяющим видеть сквозь тонкий пластик и, по заявлениям пользователей, даже сквозь некоторую одежду. Однако возможности подобных камер пока весьма ограничены.


Снимки на камеру нового флагмана от OnePlus

В этой статье мы расскажем, какие радости инфракрасного излучения станут доступнее нам, благодаря специальной технологии оптического преобразования, которая впоследствии может оказаться частью нашего смартфона. Об этом говорит исследование, проведенное Майклом Мрейеном, ученым из кафедры физики Тель-Авивского университета.

Так чем готов удивить нас израильский физик?

Специалист говорит о многообещающей разработке, которая имеет все шансы выйти на потребительский уровень и легко передавать изображение среднего ИК-диапазона, тем самым открыв окно для совершенно нового богатства данных, пока не доступных для широкой публики.



Например, новая технология позволит отображать газы, каждый из которых имеет уникальный цвет в инфракрасном диапазоне, или различные биологические вещества, которые встречаются в природе, но «невидимы» человеческому глазу, а также идентифицировать раковые клетки. Мрейен говорит, что существующие в медицине приборы для обнаружения рака используют крайне сложные и дорогие приборы, в то время как они разработали компактную, недорогую и эффективную альтернативу. По его словам, они могут сделать это, используя широко доступные, дешевые, быстрые и эффективные сенсоры цвета [видимого света] на кремниевой основе с высоким разрешением. Обычные датчики среднего ИК-диапазона дороги, нечувствительны, работают при температуре ниже комнатной и не имеют такого высокого разрешения, как у серийных кремниевых чипов для камер.



Новая разработка, которую представил Мрейен совместно со своими коллегами, смещает свет из среднего ИК-диапазона в длины волн, которые могут обнаруживать кремниевые чипы массового производства.
Ранее главная проблема при разработке сенсоров, чувствительных к среднему ИК-спектру заключалась в том, что волны разной длины проходят с разной скоростью через нелинейные материалы, в результате чего световые волны с разной частотой смещаются по фазе друг с другом, поэтому лишь небольшая часть света преобразуется в видимый.
Единственный способ получить в таком случае информативное изображение — сдвинуть одну длину волны за раз. Но для этого требуются очень сложные камеры, слишком дорогие для большинства пользователей.

Подробнее о способностях разработки

В поисках лучшего способа сдвинуть фотоны среднего ИК-диапазона на длину волны, которую может видеть кремний, группа Мрейена опиралась на процесс адиабатического преобразования частоты, который ранее представил коллега Мрейена — Хаим Суховски. Результаты этого исследования позволяют медленно преобразовывать инфракрасные волны в видимые фотоны.


Тут наглядно представлен процесс преобразования изображения из среднего инфракрасного диапазона (слева) путем прохождения его через нелинейную оптику (в центре) в видимые длины волн, которые могут быть записаны камерой.

Суховски надеется, что опираясь на этот трюк с адиабатическим преобразованием частоты, чувствительные датчики можно будет установить на смартфоны.
«Мы, люди, видим между красным и синим», — сказал Суховски в пресс-релизе. «Если бы мы могли видеть в инфракрасной области, мы бы увидели, что такие элементы, как водород, углерод и натрий, имеют уникальный цвет. Спутник для мониторинга окружающей среды, который сделал бы снимок в этом регионе, увидел, что завод нелегальным образом сбывает опасные вещества в окружающую среду, или спутник-шпион мог бы увидеть, где прячутся взрывчатые вещества или уран. Кроме того, поскольку каждый объект излучает тепло в инфракрасном диапазоне, всю эту информацию можно увидеть даже ночью».

Список литературы:

1. Seeing the World in New Colors [Электронный ресурс]. URL: english.tau.ac.il/news/new-colors-tech
2. Adiabatic Frequency Conversion — Geometrical approach [Электронный ресурс]. URL: www.tau.ac.il/~haimsu/Adiabatic_Frequency_Conversion.html
3. Optical Conversion Tech Images Infrared «In Color» — IEEE Spectrum [Электронный ресурс]. URL: spectrum.ieee.org/tech-talk/semiconductors/optoelectronics/turning-infrared-into-new-colors