Исследователи разработали высокочувствительный метод обнаружения горячих точек в окружающей среде, таких как лесные пожары или военные угрозы, используя возможности фокусировки метаоптических систем.
Ключом к подходу стала инновационная технология линз, толщина которых меньше человеческого волоса. Она способна собирать и обрабатывать инфракрасное излучение от пожаров и других источников тепла с гораздо большей эффективностью. При этом в отличие от современных датчиков, здесь не требуется криогенное охлаждение.
«Это элегантная инженерная разработка с практическими преимуществами: один слой, который ведёт себя как миллионы крошечных линз, изготовленных в большом масштабе», — сказал доктор Туомас Хаггрен, научный сотрудник Австралийского национального университета и Центра передового опыта ARC по трансформационным метаоптическим системам (TMOS).
Как это работает
Технология основана на использовании массивов линз, каждая из которых соответствует пикселю детектора. Это позволяет уменьшить размер пикселей и разделить их, устраняя перетекание света между ними.
«Система объединяет три ключевых достижения: средневолновое инфракрасное обнаружение для круглосуточного обнаружения на больших расстояниях; работа без криогенного охлаждения для снижения энергопотребления и повышения надёжности; и данные в режиме реального времени для более быстрого реагирования», — сказал доцент Гильермо Умана-Мембрено из Университета Западной Австралии (UWA) и TMOS.
Для создания тысяч крошечных линз используется метаповерхность — поверхность, покрытая массивом наноскопических форм, меньших длины волны света, которые могут создавать удивительные эффекты, невозможные с использованием природных материалов.
Применение технологии
Команда учёных предлагает использовать свою технологию для постоянного наблюдения за лесными пожарами путём установки датчиков на вышках телекоммуникационных сетей.
«Технологии обнаружения пожаров имеют национальное значение, и наше решение устраняет критический пробел в масштабируемом и экономически эффективном обнаружении лесных пожаров», — сказал доктор Вэньву Пань, научный сотрудник Университета Западной Австралии (UWA) и TMOS.
«Те же достижения позволяют создавать компактные датчики с низким энергопотреблением, которые обеспечивают 360-градусную ситуационную осведомлённость на оборонных платформах», — добавил он.
Датчики работают на длинах волн от 3 до 5 мкм, известных как средневолновое инфракрасное излучение (MWIR), что обеспечивает хорошую видимость как ночью, так и днём в сочетании с хорошим тепловым контрастом для идентификации источников тепла.
Перспективы
Помимо обнаружения тепла, инфракрасные датчики используются для дистанционного зондирования, ночного видения, мониторинга окружающей среды, национальной безопасности, обороны, метеорологии, астрономии, спектроскопии и медицинской визуализации.
Благодаря возможности выполнения сложной оптической обработки, металлические линзы могут разделять и манипулировать различными компонентами света на основе поляризации, фазы или длины волны.
«Проект имеет право на получение ряда грантов и будет способствовать масштабируемому развёртыванию», — сказал доцент Гильермо Умана-Мембрено. «Существуют значительные коммерческие возможности».
Предоставлено Центром передового опыта ARC по трансформационным метаоптическим системам.