中佛罗里达大学开发新型红外探测器,可看清黑夜里的“颜色”

中佛罗里达大学开发新型红外探测器,可看清黑夜里的“颜色”

麦姆斯咨询报道,就像有些蛇通过感知红外辐射,可以在夜间“看见”一切,中佛罗里达大学(University of Central Florida,简称“UCF”)的研究人员正致力于仿生蛇类视觉,不断提高夜视相机的灵敏度。

增强夜视相机的性能将有可能改善其用于太空探索、化学和生物灾区以及战场时,可观测到的内容信息。

最近,UCF研究人员在《自然通讯》(Nature Communications)杂志发表了他们在夜视研究方面的最新进展。

UCF纳米技术中心副教授Debashis Chanda是此项研究的首席研究员,他介绍:“凭借我们开发的红外探测器,您可以在黑暗中,从被观察的物体上获取更多的信息。”

“比如,在夜间,你带着夜视镜看某人,由于人身体散发红外辐射,你可以看到他全身的红外影像。在他身上可能隐藏着武器,该武器可发出不同波长的红外光,但是即便是使用当前市面上昂贵的低温制冷型红外相机,你也无法看到它。”

然而,Chanda和他的团队开发的红外探测器不需要用液氮将其冷却到零下196摄氏度,就具有足够的灵敏度以探测不同的红外波长。其次,它的运行速度也比现有的夜视相机快很多,虽然后者不需要冷却,但是处理图像的速度较慢。

在电磁光谱中,人眼可以感知的光波长大约为400至700纳米,这就是所谓的可见光谱。

在这项研究中,Chanda和他的团队研究的是更长的波长,扩展到大约16000纳米的红外光区。

UCF开发的红外探测器能够在人眼不可见的红外区域辨别不同的波长。因此,它可以根据其发射波长的不同分辨出不同的物体。

当前的夜视相机无法基于红外辐射波长的不同来区别物体,而只能将所有波长聚集在一起,因此透过红外镜头,即使是几个不同的物体,也只能看到一个整体。

Chanda表示:“这项研究首次真正实现了可动态调整的红外探测器光谱响应,或者换句话说,你可以选择想要看到的红外’颜色’。”

Chanda还说道:“有了这项新技术,除了标准的夜视颜色(绿色、橙色或黑色)外,我们还可以指定其它的红外‘颜色’来代表反射不同波长的红外光的物体。”

对天文学家而言,这意味着将有可能使用新的望远镜查看到以前在红外波段看不见的信息;在化学和生物灾区,这意味着可以通过拍照对区域内的气体进行光谱分析来监测污染物,比如根据红外光与化学分子的特定吸收,判断是否有一氧化碳或二氧化碳等。

开发这种高灵敏度、非制冷的新型红外探测器的诀窍在于,将二维纳米材料石墨烯改造成可以导电的材料。

研究人员将这种材料设计成不对称结构,这样当吸收的光照射到材料的不同部分时就会产生温差,温差导致电子从一边流向另一边,从而产生电压。

UFC纳米科学技术中心、光学和光子学学院和物理系教授Michael N. Leuenberger,是该研究的共同作者,他开发的模型也验证了这个过程。

研发人员通过一次一个像素来测试红外探测器捕捉图像的能力。

虽然目前该红外探测器的商业化尚需时日,但相信终有一天会集成于相机和望远镜中。

延伸阅读:

《非制冷红外成像仪和探测器技术及市场趋势-2019版》

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注