Ученые из Австралийского национального университета создали наноантенны, которые позволяют преобразовать инфракрасный свет в видимый. В будущем они могут быть использованы при разработке легких и компактных очков ночного видения. Работа исследователей опубликована в журнале Nano Letters.

Классические очки ночного видения включают много элементов и внешне сильно напоминают бинокль. В их основе лежит электронно-оптический преобразователь, который необходим для превращения невидимого глазом инфракрасного изображения в видимое. Он состоит из фотокатода, вакуумной трубки, усилителя электронных потоков, экрана и источника питания.

Сначала ИК-излучение попадает на фотокатод. Благодаря внешнему фотоэффекту из него вылетает поток электронов. Попав в вакуумную трубку частицы разгоняются и отправляются к усилителю — круглой пластинке с множеством мелких сот. Проталкиваясь через эти соты, они «выбивают» еще больше электронов (вторичная электронная эмиссия), и в конце концов этот поток попадает на люминесцентный экран. В результате мы видим те объекты, которые невооруженным глазом разглядеть не можем.

Процесс генерации второй оптической гармоники, в результате которого рождаются фотоны с удвоенной частотой. Rocio Camacho-Morales et al / Nano Letters

Нетрудно догадаться, что такие очки достаточно громоздки, поэтому ученые стремятся сделать их более компактными и легкими. Авторы новой работы предлагают решить эту проблему за счет использования наноантенн, которым в отличие от классического электронно-оптического преобразователя не потребуется вакуумная трубка.

Миниатюрные антенны состоят из арсенида алюминия-галлия. Они в 500 раз тоньше человеческого волоса и встроены в бензоциклобутеновую поверхность, показатель преломления которой эквивалентен стеклу. Они принимают фотоны инфракрасного света (в данном случае исходящие от ИК-лазера) и «объединяют» их таким образом, что длина волны оказывается в половину меньше изначальной и частота излучения возрастает — это называется генерацией второй оптической гармоники. В ходе такого процесса невидимый свет, исходящий от объектов, преобразуется в видимый.

Команда исследователей отмечает, что соединить антенны и прозрачный материал очень трудно. Кроме того, по словам ученых, очкам нового типа все равно будет необходим ИК-лазер для подсветки, а это значит, что полностью избавиться от источника питания не удастся. Однако если на базе нового материала удастся создать прибор ночного видения, то он будет значительно более компактным по сравнению с большинством современных.

Недавно ученые создали светособирающие наноантенны из белков, которые могут запасать и передавать энергию наподобие светособирающих комплексов у бактерий. По мнению исследователей, такие структуры могут быть использованы в биосовместимых искусственных преобразователях энергии.

Автор: Кристина Уласович