超薄纳米晶层红外成像

研究人员展示了使用超薄透明 GaAs 纳米晶体将红外图像转换为可见光

红外成像技术在夜视、自主车辆导航、光学层析成像和食品质量控制等领域有着广泛的应用。然而，传统的红外成像技术需要使用窄带隙半导体等材料，这些材料对热噪声非常敏感，通常需要低温冷却。

现在，来自澳大利亚国立大学、诺丁汉特伦特大学和世界各地的合作者的研究人员已经成功地展示了一种紧凑的全光学替代方案，可以使用非线性波混合过程在由 GaAs 半导体纳米天线组成的超表面中进行红外成像。

正如《高级光子学》（Advanced Photonics）报道的那样，他们通过和频生成的相干参数过程，通过实验显示了短波红外波长的上变频。在这个过程中，目标的红外图像在超表面内与强泵浦光束混合，在纳米级超薄成像器件中将图像从红外图像转换为可见光图像。

设计的超表面被制造并转移到透明玻璃上，在玻璃表面形成一层纳米晶体。在实验中，西门子星目标的红外图像照亮了超表面。目标的红外图像与第二束光束混合，并通过 SFG 过程上转换为 550 nm 的可见波长（绿光）。

使用传统相机捕获的可见绿色图像对应于目标的不同横向位置，包括目标完全从红外光束路径中移除并且观察到超表面的 SFG 发射的情况。尽管红外信号光束的不同部分被构成超表面的独立纳米晶体上转换，但图像仍能很好地再现到可见光中。

所提出的基于超表面的 IR 成像方法提供了传统上转换系统中不可能实现的新机会。例如，使用反向传播的激发光束，以及以不同角度入射，最重要的是，通过适当设计的超表面进行多色红外成像。

因此，研究人员获得的结果有利于紧凑型夜视仪器和传感器器件的未来发展，提供超薄、超紧凑的平台以及室温下多色红外成像等新功能。

参考资料

'Infrared upconversion imaging in nonlinear metasurfaces' by Rocio Camacho-Morales et al; Advanced Photonics, 3(3), 14th June 2021