Les appareils fins et à grande surface convertissent la lumière infrarouge en images


Les appareils fins et à grande surface convertissent la lumière infrarouge en images

Le nouvel imageur est fin et compact avec un grand écran. Crédit photo: Ning Li

Voir à travers le smog et le brouillard. Imagerie des vaisseaux sanguins d’une personne tout en surveillant sa fréquence cardiaque – sans toucher la peau de la personne. En regardant à travers les plaquettes de silicium pour vérifier la qualité et la composition des cartes de circuits électroniques. Ce ne sont là que quelques-unes des caractéristiques d’un nouvel imageur infrarouge développé par une équipe de chercheurs dirigée par des ingénieurs électriciens de l’Université de Californie à San Diego.

L’imageur capture une partie du spectre infrarouge connu sous le nom de lumière infrarouge à ondes courtes (longueurs d’ de 1000 à 1400 nanomètres) qui se trouve juste à l’extérieur du spectre (400 à 700 nanomètres). L’imagerie infrarouge à ondes courtes ne doit pas être confondue avec l’imagerie thermique, qui capte des longueurs d’onde infrarouges beaucoup plus longues émises par le corps.

L’imageur émet une lumière infrarouge à ondes courtes sur un objet ou une zone d’intérêt, puis convertit la lumière infrarouge à faible énergie qui est réfléchie vers l’appareil en des longueurs d’onde plus courtes et à plus haute énergie que l’œil humain peut voir.

«Il rend la lumière invisible visible», a déclaré Tina Ng, professeur de génie électrique et informatique à la UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Bien que la technologie d’imagerie infrarouge existe depuis des décennies, la plupart des systèmes sont coûteux, encombrants et complexes et nécessitent souvent une caméra et un écran séparés. Ils sont également généralement fabriqués à l’aide de semi-conducteurs inorganiques, qui sont coûteux, rigides et constitués d’éléments toxiques tels que l’arsenic et le plomb.







L’imageur infrarouge fournit une claire des vaisseaux sanguins dans la main d’une personne et voit à travers des objets opaques tels que des plaquettes de silicium. Crédit photo: Ning Li

L’imageur infrarouge développé par l’équipe Ngs surmonte ces problèmes. Il combine les capteurs et l’écran en un seul appareil mince, ce qui le rend compact et simple. Il se compose de semi-conducteurs organiques et est donc peu coûteux, flexible et sûr à utiliser dans les applications biomédicales. Il offre également une meilleure résolution d’image que certains de ses homologues inorganiques.

Le nouvel imageur récemment sorti en Matériaux fonctionnels étendusoffre des avantages supplémentaires. Il voit plus du spectre infrarouge à ondes courtes de 1000 à 1400 nanomètres – les systèmes similaires existants ne voient souvent qu’en dessous de 1200 nanomètres. Il possède également l’une des plus grandes tailles d’affichage d’imageurs infrarouges à ce jour: 2 centimètres carrés de . Et comme l’imageur est fabriqué à l’aide d’un procédé à couche mince, il est facile et peu coûteux de le mettre à l’échelle pour créer des écrans encore plus grands.

Excite les photons infrarouges en photons visibles

L’imageur se compose de plusieurs couches semi-conductrices, chacune d’une épaisseur de centaines de nanomètres et empilées les unes sur les autres. Trois de ces couches, chacune constituée d’un polymère organique différent, sont les principaux acteurs de l’imageur: une couche de photodétecteur, une couche d’affichage OLED (Organic Light Emitting Diode) et une couche de blocage d’électrons entre les deux.

La couche de photodétecteur absorbe la lumière infrarouge à ondes courtes (photons à faible énergie) puis génère un courant électrique. Ce courant circule vers la couche d’affichage OLED où il est converti en une image visible (photons à haute énergie). Une couche intermédiaire appelée couche de blocage d’électrons empêche la couche d’affichage OLED de perdre de la puissance. Cela permet à l’appareil de produire une image plus claire.

Ce processus de conversion de photons à plus faible énergie en photos à plus haute énergie est connu sous le nom de conversion ascendante. La particularité de ceci est que le processus de conversion ascendante est électronique. « L’avantage de ceci est qu’il permet la conversion directe de l’infrarouge en systèmes visibles dans un système mince et compact », a déclaré le premier auteur Ning Li, stagiaire postdoctoral dans le laboratoire de NG. «Dans un système d’imagerie infrarouge classique où la conversion ascendante n’est pas effectuée par voie électronique, vous avez besoin d’un ensemble de détecteurs pour collecter les données, d’un ordinateur pour traiter ces données et d’un écran séparé pour afficher ces données. De ce fait, la plupart des systèmes existants sont encombrants. et cher. « 

Une autre particularité est que l’imageur fournit efficacement des affichages optiques et électroniques. « Cela le rend multifonctionnel », a déclaré Li. Par exemple, lorsque les chercheurs ont visé la lumière infrarouge sur le dos de la main d’un sujet, l’imageur a fourni une image des vaisseaux sanguins du sujet tout en enregistrant la fréquence cardiaque du sujet.

Les chercheurs ont également utilisé leur imageur infrarouge pour voir à travers le smog et une tranche de silicium. Dans une démonstration, ils ont placé un masque photo à motifs «EXIT» dans une petite chambre remplie de smog. Dans un autre cas, ils ont placé un masque photo structuré avec « UCSD » derrière une plaquette de silicium. La lumière infrarouge pénètre à la fois à travers le smog et le silicium et permet à l’imageur de voir les lettres dans ces démonstrations. Cela serait utile pour des applications telles que l’aide aux voitures autonomes par mauvais temps et la vérification des puces de silicium pour les défauts.

Les chercheurs travaillent maintenant à améliorer l’efficacité de l’imageur.


Photodétecteurs à conversion ascendante hautement efficaces traités en solution basés sur des points quantiques


Plus d’information:
Ning Li et al., Imageur à conversion ascendante organique avec deux écrans électroniques et optiques pour la détection de la lumière infrarouge à ondes courtes, Matériaux fonctionnels étendus (2021). DOI: 10.1002 / adfm.202100565

Fourni par l’Université de Californie – San Diego

Citation: Un appareil mince et à grande surface convertit la lumière infrarouge en (2021, 5 mai), qui sont publiées le 9 mai 2021 sur https://phys.org/news/2021-05-thin-large-area-device- images-infrarouges .html

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