分子装置可以将红外线转化为可见光

一个国际研究小组开发了一种检测红外光的新方法。通过将红外光的频率变为可见光的频率，普通高灵敏度可见光探测器的“视场”可以扩展到远红外光。这项突破性的研究发表在最近的《科学》杂志上。

人眼可以看到400到750太赫兹的频率，这些频率定义了可见光谱。手机中的光电传感器可以检测低至300 THz的频率，而通过光纤连接到互联网的检测器可以检测200 THz左右的频率。

在较低的频率下，光传输的能量不足以触发人眼和许多其他传感器中的光感受器，而低于100太赫兹(中红外和远红外光谱)的频率具有丰富的可用信息。比如表面温度20的物体，会发出高达10 THz的红外光，通过热成像可以“看见”。此外，化学和生物物质在中红外区域具有不同的吸收带，这意味着它们可以通过红外光谱以非破坏性的方式进行识别。

但是变频并不是一件容易的事情。由于能量守恒定律，光的频率不能通过反射或透射轻易改变。

在这项新的研究中，来自瑞士洛桑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与分子物理研究所的科学家通过向具有介质(微小振动分子)的红外光添加能量来解决这个问题。红外光被引导至分子，在分子中转化为振动能量。同时，更高频率的激光束击中同一分子，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，并通过将红外光和激光能量集中在分子上来充当光学天线。

领导这项研究的EPFL基础科学学院的克里斯托弗加兰教授说：“新设备有许多吸引人的功能。首先，转换过程是相干的，这意味着原始红外光中的所有信息都被忠实地映射到新生成的可见光上。它允许使用标准探测器(如手机摄像头中的探测器)进行高分辨率红外光谱分析。其次，每个器件的长度和宽度约为几微米，这意味着它可以集成到一个大的像素阵列中。最后，这种方法通用性很强，只需选择不同振动模式的分子，就能适应不同的频率。”