一种新的方法实现高灵敏度红外探测

图片来源： P. Roelli(EPFL)

洛桑联邦理工学院(EPFL)的物理学家们提出了一种新的探测红外辐射的方法，并且具有很高的灵敏度，甚至可以探测到单光子信号。

在使用网络摄像头或手机摄像头时，我们会体验到过去几十年来针对电磁频谱可见区域开发的廉价、紧凑型传感器的强大功能。相反，探测肉眼不可见的低频辐射(如中、远红外辐射)则需要复杂且昂贵的设备。由于缺乏紧凑型技术，用于分子识别，以及对人体自然发出的热辐射进行成像的传感器还未得到广泛使用。因此，这一领域的新概念突破可能会对我们的日常生活产生巨大影响。

目前探测中远红外辐射最流行的技术是测辐射热计，它是由一排小型温度计阵列组成，通过测量吸收辐射所产生的热量。这种探测器有许多局限性，特别是响应速度慢，且无法探测到微弱的辐射信号。

由Christophe Galland和Tobias Kippenberg领导的EPFL团队提出了一种新探测方法，其遵循了一条完全不同的途径:首先将不可见的辐射转换成可见光，然后用现有的技术进行探测。该新概念的核心是杂化金属-分子纳米结构。这种金属经过修饰，可以将红外辐射聚焦在分子上，从而使分子产生振动。然后振动分子的能量再次转化为辐射，但这一次是辐射出可见光。这种与Diego Martin-Cano (德国埃尔兰根的马克斯-普朗克光研究所)合作设计的混合纳米结构可实现高转换效率，同时将器件缩小到远小于红外光波长的尺寸。

该研究的主要作者Philippe Roelli强调说，在其方案所设想的各种概念性进展中，最吸引人的方面涉及其潜在的灵敏度:“在转换过程中，分子振动所产生的低水平噪声使在室温下检测极其微弱的信号成为可能。借助先进的设备，我们有望实现量子受限的转换，并有机会解决红外光的单光子探测。”

EPFL的研究将启发未来在表面科学、纳米技术和量子光学之间的交叉工作，以促进在红外传感和成像领域应用的新型设备的发展。