Dispositivo ultrafino converte luz infravermelha em visvel diretamente

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 10/07/2024

Converso ascendente

Pesquisadores indianos construram um dispositivo capaz de converter a frequncia da luz infravermelha para a faixa visvel, um marco nas chamadas tecnologias de viso noturna, ou imagens termais.

A converso ascendente de luz, tambm conhecida como luminescncia por converso ascendente, um processo ptico no qual um material absorve ftons de energia baixa e emite ftons de energia mais alta. Ela tem diversas aplicaes, especialmente em comunicaes.

As imagens infravermelhas hoje usam semicondutores exticos ou matrizes de microbolmetros, que geralmente captam assinaturas de calor de um objeto, algo que tambm til em diversas reas, da astronomia qumica. Por exemplo, quando a luz infravermelha passa atravs de um gs, detectar como a luz muda pode ajudar a descobrir propriedades especficas do gs, e essa deteco nem sempre possvel usando luz visvel.

No entanto, os sensores infravermelhos atuais so volumosos, caros e no muito eficientes, gerando uma busca por tcnicas mais eficientes.

Agora, Jyothsna Manattayil e colegas do Instituto Indiano de Cincia usaram um material 2D para projetar o que eles chamam de “pilha de espelhos pticos no lineares,” que pela primeira vez alcanou a converso ascendente de infravermelho para ptico, com o ganho adicional de uma capacidade de imagem de campo amplo.

“Em nossos experimentos, ns usamos luz infravermelha de 1.550 nm e um feixe de bombeamento de 1.040 nm. Mas isso no significa que no funcionar para outros comprimentos de onda,” disse a pesquisadora. “Vimos que o desempenho no caiu para uma ampla faixa de comprimentos de onda infravermelhos, de 1400 nm a 1700 nm.”

O processo de converso ascendente j bastante eficiente, mas a equipe acredita que d para melhorar.
[Imagem: Jyothsna Konkada Manattayil et al. – 10.1002/lpor.202400374]

Tornando a luz infravermelha visvel

A pilha consiste em vrias camadas do semicondutor seleneto de glio postas sobre o topo de uma superfcie reflexiva de ouro, com uma camada de dixido de silcio entre elas.

O sinal infravermelho de entrada e um feixe de luz de bombeamento entram diretamente na pilha de espelhos. As propriedades pticas no lineares do material resultam em uma mistura das frequncias, gerando um feixe de sada de frequncia mais alta (converso ascendente), mas com o restante das propriedades intactas. “Este processo coerente – as propriedades do feixe de entrada so preservadas na sada. Isso significa que, se algum imprimir um padro especfico na frequncia infravermelha de entrada, ele ser automaticamente transferido para a nova frequncia de sada,” explicou o professor Varun Raghunathan.

Usando este mtodo, a equipe conseguiu converter luz infravermelha de comprimento de onda em torno de 1550 nm para luz visvel de 622 nm. A onda de luz de sada pode ser detectada usando cmeras tradicionais, baseadas em silcio.

A vantagem de usar seleneto de glio sua alta no linearidade ptica, o que significa que um nico fton de luz infravermelha e um nico fton do feixe de bombeamento combinam-se para fornecer um nico fton de luz com frequncia convertida. A equipe conseguiu alcanar a converso ascendente mesmo com uma camada de seleneto de glio to fina quanto 45 nm. Isso torna o dispositivo mais barato do que os dispositivos tradicionais, que usam cristais na faixa dos centmetros. O desempenho tambm foi comparvel aos atuais sistemas de converso ascendente de imagem de ltima gerao.

Os pesquisadores planejam agora tornar seu dispositivo capaz de converter luz de comprimentos de onda mais longos, alm de melhorar a eficincia do conversor explorando outras geometrias de pilha. “H muito interesse em todo o mundo em fazer imagens infravermelhas sem usar sensores infravermelhos. Nosso trabalho pode ser um divisor de guas para essas aplicaes,” disse Raghunathan.

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