Plasmoniikan avulla edullinen monispektrikamera

29.11.2019

Duke-valoa-kaappaavat-nanokuutiot-multispektrinen-kamera-1-300-t.jpgUuden tyyppinen kevyt, edullinen hyperspektrikamera voisi mahdollistaa tarkkuusviljelyn. Tämä graafinen esitys osoittaa, kuinka erilaiset pikselit voidaan virittää tiettyihin valotaajuuksiin, jotka ilmaisevat satokentän erilaiset tarpeet.

Duke-yliopiston tutkijat ovat demonstroineet valoilmaisimia, jotka voisivat kattaa laajan valon taajuusalueen. Se tapahtuu käyttämällä räätälöityjen sähkömagneettisten materiaalien luomia sirupiirillä olevia spektrisiä suodattimia.

Sirulla oleva useiden valodetektorien yhdistelmä, joilla on erilaiset taajuusvasteet voisi mahdollistaa kevyiden ja edullisten monispektrikameroiden käytön esimerkiksi syöpäleikkauksissa, elintarviketurvallisuuden tarkastuksissa ja tarkkuusviljelyssä.

Tyypillinen kamera vangitsee vain näkyvän valon. Muut kamerat voivat erikoistua esimerkiksi infrapunan tai ultravioletin aallonpituuksiin, mutta harvat voivat kaapata valoa spektrin erilaisista pisteistä. Lisäksi ne voivat olla kalliita ja hankalia.

Duke-tutkijat osoittavat uudenlaisen laajaspektrisen valodetektorin, joka voidaan toteuttaa yhdellä sirulla, jolloin se voi ottaa monispektrisen kuvan muutamissa pikosekunneissa ja on tuotettavissa vain kymmenien dollarien hintaan.

Kehitetty tekniikka perustuu plasmoniikkaan ja pyrosähköiseen materiaaliin.

Toteutuksessa Maiken Mikkelsen ja hänen tiiminsä asettivat sadan nanometrin levyisiä hopeakuutioita läpinäkyvälle kalvolle vain muutaman nanometrin etäisyydelle kultakerroksesta. Kun valo osuu nanokuutioiden pintaan, se virittää hopean elektroneja, vangitsemalla valon energian - mutta vain tietyllä taajuudella.

Duke-valoa-kaappaavat-nanokuutiot-multispektrinen-kamera-2-300-t.jpgHopeisten nanokuutioiden koko ja niiden etäisyys kultakerroksesta määräävät vangitun taajuuden, kun taas absorboituneen valon määrä voidaan virittää säätämällä nanohiukkasten välistä etäisyyttä. Näitä kokoja ja etäisyyksiä tarkasti mukauttamalla, tutkijat saavat järjestelmän reagoimaan mihin tahansa haluamaansa sähkömagneettiseen taajuuteen.

Jotta valjastettaisiin tämä perustavanlaatuinen fysikaalinen ilmiö kaupalliseen hyperspektrikameraan, tutkijoiden on muokattava pienten, yksittäisten ilmaisimien ruudukko, joista kukin on viritetty erilaiselle valon taajuudelle, suuremmaksi ”superpikseliksi”.

Tutkijat demonstroivat neljää erillistä valotunnistinta, jotka on räätälöity aallonpituuksille 750 - 1900 nanometriä. Niiden plasmoniset metapinnat absorboivat energiaa tulevan valon tietyiltä taajuuksilta ja kuumenevat. Lämpö indusoi muutoksen suoraan niiden alapuolella olevassa ohuessa pyrosähköisessä alumiinitritridin kerroksessa. Tämä luo jännitteen, jonka sitten pohjakerroksen piitekniikka lukee ja välittää prosessorille.

Mikkelsen näkee tekniikkaan perustuvia kaupallisten kameroiden useita potentiaalisia käyttötapoja, koska näiden valodetektorien valmistusprosessi on suhteellisen nopea, edullinen ja skaalautuva.

Kirurgit saattavat käyttää multispektrikuvia selvittääkseen syövän ja terveen kudoksen välistä eroa leikkauksen aikana. Spektrisen sormenjäljen saaminen voi tunnistaa materiaalin ja sen koostumuksen tarkasti. Sen avulla voi myös tunnistaa kasvityypin ja sen tarvitseeko se vettä tai lannoitetta, listaa monispektrikameran käyttökohteita professori Mikkelsen yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Värikuvan anturi pinoamalla

Spektrometriaa sirupiirillä

Nanolangat korvaavat lasiprismat

12.12.2019Hiili ja pii jakavat ja yhdistävät fotoneja
11.12.2019Timanttien avulla parempia superkonkkia
10.12.2019Sähköis-optista tietotekniikkaa
09.12.2019Lämpösähköä hiilinanoputkilla
09.12.2019Valokuitua selluloosasta
05.12.2019Näppärä terahertsinen tekniikka
04.12.2019Palamattomia litium-akkuja
03.12.2019Bittejä ja simulointia atomien mittakaavassa
02.12.2019Metallijohde Cooperin pareilla
29.11.2019Plasmoniikan avulla edullinen monispektrikamera

Siirry arkistoon »