Kızılötesi kameralar, gözlerimizin göremediği, bir boru hattından sızan gazlar, atmosferdeki kimyasallar veya bir binadan sızan ısı gibi yararlı bilgileri tespit etmek için kullanılabilir. Ancak, kızılötesi ışığı sofistike şekillerde algılamak hala pahalı ve hacimli sistemler gerektiriyor.
Şimdi MIT araştırmacıları, gelen kızılötesi ışığı dinamik olarak kontrol edebilen, ek bilgi toplamak için ayarlanabilir bir lens işlevi gören çip tabanlı bir optik cihaz geliştirdi. Cihazın lensinin her mikroskobik pikseli, kızılötesi ışığı bağımsız olarak kontrol edebiliyor ve bu sayede odak noktasını değiştirebiliyor, böylece kameraların hareketli parçalar olmadan farklı sinyalleri tespit etmesine yardımcı olabiliyor.
Sistem, Nature Communications dergisinde yayımlanan bir makalede tanımlanmıştır. Araştırmacılar, ayrıca, bu yaklaşımın endüstriyel ölçeklerde uygulanabileceğini öne sürerek, çoğunlukla geleneksel üretim süreçlerini kullanarak laboratuvar ölçeğinde bir gösterim nasıl inşa ettiklerini de açıklıyorlar.
Bu teknoloji, daha dinamik termal görüntüleme, kimyasal algılama, kirlilik izleme ve hatta yeni tür optik hesaplama için kompakt, ayarlanabilir kızılötesi kameraların geliştirilmesini sağlayabilir.
“Bu, uzayı incelerken bize daha fazla bilgi verebilir ya da atmosferde belirli bileşenleri izlemek istediğinizde çevresel koruma için yardımcı olabilir,” diyor ilk yazar Cosmin-Constantin Popescu, PhD ’25. “Termal görüntüleme başka bir uygulama ve şu anda gece görüş gözlüklerinin kullanıldığı askeri uygulamaları düşünebilirsiniz. Temelde, birçok organik molekül orta kızılötesi dalga boyunda emilir ve bu sistemi onları tespit etmek için kullanabilirsiniz.”
Popescu’ya makalede, MIT doktora öğrencileri Maarten Robbert Anton Peters ve Khoi Phuong Dao; Dynasil şirketi bilim insanları Oleg Maksimov ve Harish Bhandari; Orta Florida Üniversitesi doktora adayı Kathleen Richardson ve bilim insanı Rashi Sharma; Washington Üniversitesi Profesörü Arka Majumdar; Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü Doçenti Hyun Jung Kim; MIT postdoktoru Rui Chen; Luigi Ranno, PhD ’25; Brian Mills ’20, PhD ’26; Draper Laboratuvarı bilim insanı Dennis Calahan; MIT baş araştırmacısı Tian Gu; ve MIT’nin John F. Elliott Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Profesörü Juejun Hu katılıyor.
Çip tabanlı lensler
Son yıllarda, araştırmacılar, “metasurface” olarak bilinen şeffaf malzemeler üzerinde küçük, hassas desenler oyarak ışığı dinamik olarak kontrol etmenin yollarını geliştirdiler; bu da daha kompakt, programlanabilir kameralar ve diğer gelişmiş optik cihazlar sağladı.
Hu’nun MIT’deki araştırma grubu, ısı uygulandığında katıdan sıvıya geçiş yapan bir metasurface sınıfı üzerinde deneyler yaptı. Faz değişiklikleri, malzemelerin ışıkla nasıl etkileşime girdiğini kontrol etmek için kullanılabilir. 2021 yılında, Hu ve işbirlikçileri farklı derinliklere odaklanabilen mini bir lens geliştirdi.
Cihaz güvenilir bir şekilde çalıştı, ancak tüm malzeme boyunca odak noktasını bir anda ayarlayabiliyordu; bu, çoğu metasurface’in çalışma şeklidir. Araştırmacılar, yeni çalışmalarında, malzemenin her mikroskobik pikselinde ışığı bağımsız olarak kontrol edebilen bir sistem inşa etmek istediler.
“Tek piksel ayarlama yapmaya çalışan çoğu aktif metasurface, her piksele giden kablolar gerektiriyor ve kabloları yönlendirmek büyük bir sorun haline geliyor,” diyor Hu. “Şu ana kadar en iyi yaklaşım, bir dizi kablo ile bir boyutlu piksel kontrolü oldu.”
Araştırmacılar ayrıca, insan gözünün göremediği ancak ısı imzalarını ve metan ile propan gibi molekülleri tespit etmek için yararlı olan orta kızılötesi dalga boyu ile çalışan bir sistem oluşturmak istediler. Orta kızılötesi algılama cihazları, gaz sızıntılarını tespit etmek ve Dünya’nın atmosferini incelemek için zaten kullanılmakta ve birçok savunma ve havacılık uygulaması için de kullanılmaktadır.
Sistemlerini inşa etmek için, araştırmacılar, iki katman halinde düzgün bir şekilde yerleştirilmiş bakır tellerin üst üste yerleştirildiği bir yaklaş
