來自麻省理工學(xué)院和一些其他研究機構(gòu)的研究人員開發(fā)的一種新的方法，在光譜的中紅外部分拍攝圖像，可以實現(xiàn)各種各樣的應(yīng)用，包括熱成像、生物醫(yī)學(xué)傳感和自由空間通信。 %:>3n8n  
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中紅外(mid-IR)波段的電磁輻射是光譜的一個特別有用的部分，它可以提供在黑暗中的成像，跟蹤熱簽名，并提供了許多生物分子和化學(xué)信號的敏感檢測。但是這種頻段的光學(xué)系統(tǒng)很難制造，使用它們的設(shè)備是高度專業(yè)化和昂貴的�，F(xiàn)在，研究人員說他們已經(jīng)找到了一種高效和大規(guī)模制造的方法來控制和檢測這些波。 nMDxH$O  
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研究結(jié)果發(fā)表在《自然通訊Nature Communications》雜志上，這篇論文的研究人員包括的的研究人員有麻省理工學(xué)院的Tian Gu和Juejun Hu以及馬薩諸塞大學(xué)的Hualiang Zhang，還有麻省理工學(xué)院的其它13個人，中國電子科技大學(xué)和華東師范大學(xué)。 ?1L
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這一新的方法使用一種由納米結(jié)構(gòu)光學(xué)元件組成的平坦的人工材料，而不是傳統(tǒng)光學(xué)中常用的厚的、彎曲的玻璃透鏡。這些元件提供按需電磁響應(yīng)，并使用類似于計算機芯片的技術(shù)來制造。Gu說，“這種微結(jié)構(gòu)可以用標準的微細加工技術(shù)來制造。并且是可以規(guī)�；�生產(chǎn)的�！� bQe^Px5 !.  
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他補充說：“在可見光和近紅外波段，有明顯的金屬表面光學(xué)演示，但在中紅外中，它移動緩慢。”當(dāng)他們開始這項研究時，他說，“問題是，因為它們可以使這些裝置變得非常薄，我們能否使它們既有效又低成本呢”這就是團隊成員所說的。 rG?>
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新的裝置使用一種由硫?qū)倩�物合金制成的被稱為“元原子”，具有精確形狀的薄膜光學(xué)元件陣列，其具有高折射率，可以形成高性能的超薄結(jié)構(gòu)，稱為元原子。這些具有類似于I或H的塊狀的形狀的元原子被沉積并圖案化在氟的紅外透明基片上。這些微小形狀的厚度是被觀察到的光的波長的一小部分，總體上它們可以像透鏡一樣進行。它們提供了幾乎任意的波陣面操控，在較大的尺度下自然材料中這是不可能實現(xiàn)的，但是它們有一小部分的厚度，因此只需要少量的材料。這與傳統(tǒng)光學(xué)具有根本的區(qū)別，”他說。 -?]W*f  
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這個過程“允許我們使用非常簡單的制造技術(shù)，”Gu解釋說，通過將材料熱蒸發(fā)到襯底上。他們已經(jīng)在6英寸晶片上展示了高通量的技術(shù)，這是微細加工的標準，我們正在研究更大規(guī)模的制造�！� (>J4^``x=  
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Gu說，這些器件傳輸80%的中紅外光，其光學(xué)效率高達75%，代表了現(xiàn)有的中紅外分光光度法的顯著改進。它們也可以比傳統(tǒng)的紅外光學(xué)器件更輕、更薄。使用相同的方法，通過改變陣列的圖案，研究人員可以任意地產(chǎn)生不同類型的光學(xué)器件，包括簡單的光束偏轉(zhuǎn)器、圓柱形或球面透鏡和復(fù)雜的非球面透鏡。這些透鏡已經(jīng)被描述為聚焦中紅外光，實現(xiàn)理論上最大可能的銳度，稱為衍射極限。 I8oo~2Qw  
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Gu說，這些技術(shù)允許研究創(chuàng)建元光學(xué)器件，其可以比傳統(tǒng)的塊狀透明材料所能實現(xiàn)的更復(fù)雜的方式操作光。該裝置還可以控制偏振和其他特性。 tg^sCxz9]  
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中紅外光源在許多領(lǐng)域都很重要。它包含了大多數(shù)類型分子的特征光譜帶，并有效地穿透大氣，因此它是檢測諸如環(huán)境監(jiān)測、軍事和工業(yè)應(yīng)用等各種物質(zhì)的關(guān)鍵。由于在可見光或近紅外波段中使用的大多數(shù)普通光學(xué)材料對這些波長是完全不透明的，所以中紅外傳感器是復(fù)雜和昂貴的。Gu說，這種新的方法可以開拓全新的潛在應(yīng)用，包括消費級別的傳感或成像產(chǎn)品。 4'W