新型分子器件可将红外光变成可见光

光是一种电磁波：它由在空间中传播的振荡电场和磁场组成。每种波都有其频率的特征，频率是指每秒振荡的次数，单位是赫兹（Hz）。我们的眼睛可以探测到400~750万亿Hz或400~750THz之间的频率，这定义了可见光谱。手机相机的光传感器可以探测到300THz的频率，而光纤网络连接所用的探测器的灵敏度约为200THz。

在较低的频率下，光传输的能量不足以触发我们眼睛中的光感受器和许多其他感受器，这是一个问题，因为在100THz以下的中红外和远红外光谱中有丰富的信息。例如，一个表面温度为20 ℃的物体发出高达10THz的红外线，可以通过热成像“看到”。此外，化学物质和生物物质在中红外波段具有明显的吸收带，这意味着我们可以通过红外光谱远程无损地识别它们，红外光谱有多种应用。

将红外线转化为可见光

EPFL、中国武汉理工大学、西班牙巴伦西亚理工大学和荷兰原子和分子物理学研究所（AMOLF）的科学家们现在开发了一种新的方法，通过将红外线的频率改变为可见光的频率来探测红外线。该设备可以扩展“视线”的一般可用和高灵敏度探测器的可见光远到红外。这项突破发表在《科学》杂志上。

变频不是一件容易的事。由于能量守恒定律，光的频率是一种基础，它不能轻易地通过在表面上反射光或通过材料来改变。

研究人员通过一种介质——微小的振动分子——给红外光增加能量，从而解决了这个问题。红外光直接照射到分子上，在分子上转化为振动能。同时，一束更高频率的激光束冲击同样的分子，提供额外的能量，并将振动转化为可见光。为了促进转化过程，分子被夹在金属纳米结构之间，通过将红外光和激光能量集中在分子上，充当光学天线。

一束新光

该研究的负责人、EPFL基础科学学院的Christophe Galland教授说：“这种新设备有很多吸引人的功能。首先，转换过程是连贯的，这意味着所有存在于原始红外光中的信息都忠实地映射到新生成的可见光上。它允许用标准的探测器进行高分辨率红外光谱分析，就像在手机相机中发现的那样。其次，每个设备的长度和宽度都只有几微米，这意味着它可以被整合到大型像素阵列中。最后，该方法具有高度的通用性，可以通过简单地选择具有不同振动模式的分子来适应不同的频率。”

该研究的第一作者Wen Chen博士警告说：“到目前为止，该器件的光转换效率仍然很低。我们现在正集中力量进一步对其进行改善，这是迈向商业应用的关键一步。”

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