Испытан новый способ конверсии инфракрасной картинки в видимую

Смешивание волн в атомарном паре может показаться слишком сложным процессом для массового воспроизведения, но изобретатели считают иначе: метод ещё нуждается в доводке, однако, мол, у него хорошие перспективы в промышленности и науке.

Авторы эксперимента отмечают, что существующие ИК-датчики или недостаточно чувствительны, или обладают довольно узким диапазоном улавливаемых длин волн, или наделены малым разрешением, а если обходят все эти проблемы, то нуждаются в охлаждении до низких температур (в противном случае полезный сигнал забивается шумами).

С другой стороны, обычные матрицы для поимки видимого света производятся в огромных количествах, они надёжны и дёшевы. Потому заманчивым выглядит создание инфракрасных приборов ночного видения или ИК-видеокамер, использующих такие простые матрицы и некое устройство, которое могло бы с хорошей эффективностью превращать тепловые фотоны в фотоны видимого диапазона.

Именно такой преобразователь и испытала группа физиков из Китайского университета науки и технологий (USTC). В их опытной установке использовано явление четырёхволнового смешивания (four-wave mixing). Это взаимодействие между несколькими волнами в нелинейной среде, приводящее к появлению излучения на новой частоте (его, к примеру, использовал экспериментальный усилитель света на микрочипе).

Обычно такие опыты проводятся с нелинейными кристаллами и лазерами относительно высокой мощности. Физики из Поднебесной выбрали совсем иной подход.

Схема установки (справа) и прыжки рубидия между основным, средним и верхним энергетическими уровнями (слева). Расшифровки и пояснения — в тексте (иллюстрация Dong-Sheng Ding et al.).
Сердце китайской установки – пятисантиметровый контейнер с газом рубидия (Rb85), нагретым до 140 градусов Цельсия. В него с разных сторон подаются два различных по частоте луча накачки от обычных маломощных диодных лазеров (Pump 1, 2 на схеме вверху), а также луч, несущий полезный инфракрасный сигнал.

Последний был получен при пропускании инфракрасных волн через трафарет с вырезанными цифрами 0, 2, 3, 4, 5 и 6. Сигнал этот проходил через линзу и фокусировался на ячейке с газом.

Лазеры накачки переводили атомы рубидия в возбуждённое состояние, при этом частоты были подобраны так, что при возвращении атомов «вниз» излучался видимый (красный) свет, рассказывает Technology Review. Но для запуска процесса требовалось дополнительное воздействие ИК-излучения, как раз от полезного сигнала.

В результате такого взаимодействия ячейка выдавала копию инфракрасной сцены, но уже в видимом диапазоне. Этот свет, происходящий от смешивания волн (FWM light на схеме), после фокусировки с помощью оптики снимала самая обычная ПЗС-матрица (CCD).

Как можно увидеть на фото под заголовком, восстановленное изображение получается не столь резким, как инфракрасный оригинал. И ведь даже такую чёткость удалось получить только после подбора ряда параметров ячейки. Это размытие происходит из-за быстрого движения атомов рубидия.

Но зато, полагают новаторы, данный метод конверсии ИК-лучей очень прост, не требует сложных или дорогих материалов и оборудования, а потому перспективен для дальнейшего исследования и улучшения.