В поисках совершенства: прорыв в технологии зеркал среднего инфракрасного диапазона позволил достичь беспрецедентной отражательной способности 99,99923%

к Сантьяго Фернандес
5 Комментарии
Mid-infrared supermirrors

В результате совместных международных усилий, подробно описанных на страницах журнала Nature Communications, была достигнута выдающаяся веха в области зеркальных технологий. Исследователи из США, Австрии и Швейцарии успешно создали суперзеркала среднего инфракрасного диапазона, обладающие удивительной отражательной способностью 99,99923%. Это достижение способно произвести революцию в измерении газов в окружающей среде и промышленных процессах, что означает колоссальный прогресс в области зеркал. Фото: SciTechPost.com

Повышение точности инфракрасных зеркал для экологического и промышленного применения

Многонациональная группа ученых из США, Австрии и Швейцарии представила революционную разработку в области суперзеркал среднего инфракрасного диапазона. Эти суперзеркала имеют огромное значение в различных областях, включая оптическую спектроскопию для измерения окружающей среды и такие приложения, как лазерная резка и сварка для промышленного производства.

Достижение почти совершенства в отражательной способности

В области высокопроизводительных зеркал стремление к совершенству является постоянным поиском. В видимом спектре усовершенствованные металлические зеркала достигают коэффициента отражения до 99%, что означает потерю всего одного фотона на каждые 99 отраженных фотонов. Хотя это достижение действительно впечатляет, в ближнем инфракрасном спектре зеркальные покрытия уже продемонстрировали исключительную отражательную способность 99,9997%, при этом из каждого миллиона отраженных фотонов теряется всего три фотона.

Давно хотелось расширить возможности этого суперзеркала до среднего инфракрасного диапазона, охватывая длины волн от 2,5 мкм до 10 мкм и выше. Это расширение обещает улучшить обнаружение газовых примесей в связи с изменением климата и биотопливом, а также расширить промышленные применения, такие как лазерная обработка и нанопроизводство. До сих пор зеркала среднего инфракрасного диапазона отставали, теряя примерно один из каждых 10 000 фотонов, что примерно в 33 раза менее эффективно, чем их аналоги в ближнем инфракрасном диапазоне.

Международное сотрудничество приводит к прорыву

Как поясняется в статье, опубликованной в журнале Nature Communications, международный консорциум исследователей из компании Thorlabs' Crystalline Solutions в Санта-Барбаре, Калифорния, Кристианской доплеровской лаборатории спектроскопии среднего инфракрасного диапазона Венского университета в Австрии, Национального института стандартов и технологий США. Technology (NIST), а Университет Невшателя в Швейцарии достиг важной вехи, представив первые в мире настоящие суперзеркала среднего инфракрасного диапазона. Эти суперзеркала теряют только восемь фотонов из миллиона, достигая исключительной отражательной способности 99,99923%. Достижение такой беспрецедентной отражательной способности потребовало сочетания знаний в области материалов, дизайна зеркал и технологий производства.

Новый подход к зеркальным покрытиям

Чтобы реализовать это новаторское поколение суперзеркал среднего инфракрасного диапазона, исследовательская группа разработала и продемонстрировала новый подход к покрытиям. Они изобретательно объединили традиционные методы нанесения тонкопленочных покрытий с инновационными полупроводниковыми материалами и технологиями, чтобы преодолеть проблемы, присущие среднему инфракрасному спектру.

Гарретт Коул, технологический менеджер команды Crystalline Solutions компании Thorlabs, пояснил: «Это начинание основано на нашей новаторской работе в области кристаллических покрытий, переносимых на подложку. Расширив эту платформу на более длинные волны, наше международное сотрудничество стало первым, кто представил метод нанесения покрытия в среднем инфракрасном диапазоне, характеризующийся потерями на поглощение и рассеяние менее 5 частей на миллион».

Используя выдающееся структурное качество молекулярно-лучевой эпитаксии — сложного процесса, используемого в производстве различных полупроводниковых устройств, — исследователи создали монокристаллические многослойные материалы GaAs/AlGaAs, практически лишенные поглощения и рассеяния. Этот исходный материал впоследствии был преобразован в высокоэффективные зеркала с использованием передовых технологий микрообработки, включая прямое «плавление» на высококачественные традиционные некристаллические тонкопленочные интерференционные покрытия, разработанные в Университете Невшателя.

Точные измерения подтверждают превосходную производительность

Изготовление этих революционных зеркал было лишь половиной задачи. Для подтверждения их превосходных характеристик были необходимы строгие измерения. Гар-Винг Труонг, ведущий научный сотрудник Thorlabs Crystalline Solutions, отметил: «Это были огромные совместные усилия по сбору необходимого оборудования и опыта, чтобы убедительно продемонстрировать общие потери всего в 7,7 частей на миллион, что в шесть раз превосходит любой традиционный На данный момент достигнута технология нанесения покрытия в среднем инфракрасном диапазоне».

Лукас Пернер, соавтор и научный сотрудник Венского университета, добавил: «Как соавтор этой инновационной парадигмы покрытия, мне было одновременно интересно и приятно подвергать эти суперзеркала строгим испытаниям. Наши коллективные усилия по созданию новаторских зеркальных технологий и использованию передовых методов определения характеристик завершились открытием их выдающихся характеристик, знаменующих новую эру в среднем инфракрасном спектре».

Значение для зондирования окружающей среды и спектроскопии

Одним из непосредственных применений этих инновационных суперзеркал среднего инфракрасного диапазона является их способность значительно повысить чувствительность оптических устройств, используемых для измерения следовых количеств газов. Спектрометры с резонаторным кольцом (CRDS), способные обнаруживать и количественно определять минимальные количества критических маркеров окружающей среды, таких как окись углерода, могут получить огромную выгоду от этого достижения. В эксперименте по проверке концепции, в ходе которого эти суперзеркала подверглись строгим испытаниям, химики-исследователи NIST Адам Флейшер и Мишель Бэйли продемонстрировали их превосходные характеристики, превосходящие современные современные технологии.

Мишель Бэйли заявила: «Зеркала с низкими потерями способствуют достижению значительно увеличенной длины оптического пути в компактных устройствах. В этом контексте это похоже на сжатие расстояния между Филадельфией и Нью-Йорком до одного метра. Это представляет собой решающее преимущество для сверхчувствительной спектроскопии в среднем инфракрасном спектре, включая измерение радиоизотопов, которые имеют важное значение в ядерной криминалистике и радиоуглеродном датировании».

Ссылка: «Суперзеркала среднего инфракрасного диапазона с точностью, превышающей 400 000» Гар-Винг Труонг, Лукас В. Пернер, Д. Мишель Бэйли, Георг Винклер, Сет Б. Катаньо-Лопес, Валентин Дж. Виттвер, Томас Зюдмейер, Кэтрин Нгуен, Дэвид Фоллман, Адам Дж. Флейшер, Оливер Х. Хекл и Гаррет Д. Коул, 6 декабря 2023 г., Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-023-43367-z

Часто задаваемые вопросы (FAQ) о суперзеркалах среднего инфракрасного диапазона

Каково значение достижения отражательной способности 99,99923% в суперзеркалах среднего инфракрасного диапазона?

Достижение коэффициента отражения 99,99923% в суперзеркалах среднего инфракрасного диапазона очень важно, поскольку оно позволяет повысить точность измерения газов в окружающей среде и промышленных приложений. Эти суперзеркала позволяют более точно измерять газовые примеси, связанные с изменением климата и биотопливом, а также повышают производительность в таких задачах, как лазерная обработка и нанопроизводство.

Чем отражательная способность среднего инфракрасного диапазона отличается от других зеркальных технологий?

Отражательная способность среднего инфракрасного диапазона 99,99923% представляет собой существенный скачок в технологии зеркал. Для сравнения, обычные зеркала среднего инфракрасного диапазона обычно теряют примерно 1 из каждых 10 000 фотонов. Достижение почти идеальной отражательной способности в среднем инфракрасном спектре уже давно является сложной задачей, и этот прорыв значительно превосходит предыдущие возможности.

Что делает эти суперзеркала среднего инфракрасного диапазона уникальными?

Эти суперзеркала среднего инфракрасного диапазона отличаются инновационным подходом к покрытиям, который сочетает в себе традиционные методы нанесения тонкопленочных покрытий с передовыми полупроводниковыми материалами и методами. Такое сочетание технологий преодолевает присущие ограничения среднего инфракрасного спектра, в результате чего создаются суперзеркала с беспрецедентной отражательной способностью.

Какие практические применения могут принести пользу этим суперзеркалам?

Эти суперзеркала имеют непосредственное применение для повышения чувствительности оптических устройств, используемых для измерения следовых количеств газов, особенно при зондировании окружающей среды. Они могут повысить производительность таких устройств, как полостные спектрометры с кольцевым механизмом (CRDS), позволяя обнаруживать и количественно определять крошечные количества важных маркеров окружающей среды, таких как окись углерода. Кроме того, у них есть потенциальное применение в таких областях, как ядерная криминалистика и радиоуглеродное датирование.

Кто были ключевыми сотрудниками в этом исследовании?

Этот прорыв в создании суперзеркал среднего инфракрасного диапазона был достигнут благодаря международному сотрудничеству с участием исследователей из различных учреждений, в том числе компании Thorlabs Crystalline Solutions в Санта-Барбаре, Калифорния, Лаборатории Кристиана Доплера для спектроскопии среднего инфракрасного диапазона в Венском университете в Австрии, Национального университета США. Институт стандартов и технологий (NIST) и Университет Невшателя в Швейцарии. Их совместный опыт в области материалов, дизайна зеркал и производственных процессов сыграл решающую роль в успехе этого проекта.

Подробнее о суперзеркалах среднего инфракрасного диапазона

Вам также может понравиться

5 Комментарии

JournO Гай 1ТП2Т - 1ТП3Т

прорыв! зеркала @ 99.99923% с отражающей способностью? ух ты! Enviro Sensin 'и меняет правила игры в отрасли. #Sуперкруто

Отвечать
ФинЭксперт42 1ТП2Т - 1ТП3Т

Более точное определение газа? Монооксид углерода? Большое дело! Отражательная способность в зеркальном мире имеет значение!

Отвечать
CarLover123 1ТП2Т - 1ТП3Т

Техники по зеркалам ходят куда угодно, лазеры тоже! сумасшедшие научные слова, хотя _xD83E__xDD2F_

Отвечать
ПолТалкер 1ТП2Т - 1ТП3Т

Международная коллаборация FTW! Мир меняется, когда люди работают вместе! _xD83C__xDF0D_✌️

Отвечать
КриптоЭконПол 1ТП2Т - 1ТП3Т

подожди, средний инфракрасный диапазон лучше, чем ближний? это безумие! наука рулит!

Отвечать

Оставить комментарий

* Используя эту форму, вы соглашаетесь с хранением и обработкой ваших данных на этом сайте.

1ТП1Т — веб-ресурс, посвященный предоставлению актуальной информации о быстро меняющемся мире науки и технологий. Наша миссия — сделать науку и технологии доступными для всех через нашу платформу, объединяя экспертов, новаторов и ученых, чтобы поделиться своими знаниями и опытом.

Подписаться

Подпишитесь на мою рассылку, чтобы получать новые сообщения в блоге, советы и новые фотографии. Давайте оставаться в курсе!

© 2023 1ТП1Т

ru_RUРусский