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Rubidium-Detektor wandelt Infrarotbilder direkt in sichtbares Licht um
Die Technologie, die Infrarotkameras ermöglicht, sind Sensoren, die beim Auftreffen von Infrarotphotonen einen Strom erzeugen. Ein Array dieser Sensoren kann dann verwendet werden, um ein Bild neu zu erstellen.
Aber es gibt ein Problem. Infrarotdetektoren sind bekanntermaßen ineffizient. Bei längeren Wellenlängen werden sie vom Rauschen überschwemmt und müssen daher gekühlt werden, oft mit flüssigem Stickstoff. Das macht sie komplex, empfindlich und teuer im Betrieb.
Im Gegensatz dazu sind Sensoren für sichtbares Licht effizient, robust und günstig. Eine naheliegende Lösung besteht also darin, einen Weg zu finden, Infrarotphotonen in sichtbare umzuwandeln, sodass ein Bild mit einem herkömmlichen Pixelarray erstellt werden kann.
Das ist einfacher gesagt als getan. Der Prozess der Hochkonvertierung von Infrarotphotonen ist nicht einfach und beruht auf Hochleistungslasern und exotischen nichtlinearen Kristallen. Wie daraus ein praktisches Gerät werden könnte, das die heutigen Infrarotkameras übertreffen würde, ist nicht klar, ob es überhaupt möglich ist.
Heute haben Dong-Sheng Ding und seine Freunde von der Universität für Wissenschaft und Technologie in Hefei eine andere Technik perfektioniert, die dies ändern könnte.
Diese Jungs verwenden einen Prozess, der als Vier-Wellen-Mischung bekannt ist, bei dem die Wechselwirkung von drei verschiedenen Wellenlängen in bestimmten Medien eine vierte Wellenlänge erzeugt. Dies geschieht normalerweise in nichtlinearen Kristallen unter Verwendung von Hochleistungslasern.
Der Trick dieser Jungs besteht darin, dies in einem kleinen Behälter mit Rubidiumgas mit zwei gewöhnlichen Diodenlasern zu erreichen. Die Idee ist, dass die Laser bestimmte elektronische Zustände in den Rubidiumatomen anregen. Diese Zustände sind so gewählt, dass die Atome beim Relaxen sichtbares Licht emittieren.
Aber das System ist so eingerichtet, dass die Zugabe von etwas zusätzlichem Infrarotlicht die Emission von sichtbarem rotem Licht auslöst.
Es ist leicht zu erkennen, dass, wenn dieses Infrarotlicht von einer externen Szenerie stammt, das Ergebnis eine Kopie der Szene mit sichtbarem Licht ist, die von einem herkömmlichen Pixelarray aufgenommen werden kann.
Ding und Co haben ihre Idee getestet, indem sie Bilder einer Reihe von Ziffern erstellt haben, die durch das Hindurchstrahlen von Infrarotlicht durch eine Maske erzeugt wurden. Im obigen Bild befinden sich die hochkonvertierten Bilder in der unteren Reihe.
Die Technik hat offensichtlich einige Einschränkungen, nicht zuletzt der Auflösungsverlust, den dieser Prozess verursacht. Das liegt vor allem an der Bewegung der Rubidiumatome im Gas, das auf 140 Grad Celsius erhitzt werden muss.
Dennoch hat die Technik offensichtliches Potenzial. Es ist relativ einfach, eine Zelle aus heißem Rubidiumgas zu bauen, und die verwendeten Laser sind relativ einfach zu handhaben. Unser Versuchsaufbau sei sehr einfach, heißt es.
Dies wird natürlich das Interesse verschiedener Gruppen wecken. Wir glauben, dass unsere Forschungsergebnisse in den Forschungsbereichen Astrophysik, Nachtsichttechnologie, chemische Sensorik, Quantenkommunikation usw. sehr nützlich wären, sagen sie.
Von diesen werden militärische Akteure die tiefsten Taschen haben. Die Frage ist nur, wie schnell es genauer untersucht werden kann.
Ref: arxiv.org/abs/1203.6132 : Experimentelle Hochkonvertierung von Bildern