Le gadget fin et de grande surface convertit l’infrarouge doux en images
Voir à travers la fumée et le brouillard. Umschlüsselung extraire les vaisseaux sanguins d’un homme ou d’une femme tout en vérifiant la fréquence cardiaque en même temps, sans toucher la peau de l’homme ou de la femme. Voir via des plaquettes de silicium pour examiner la qualité et la structure des planches électroniques. Ce ne sont là que quelques-unes des capacités d’un tout nouvel imageur infrarouge produit par une équipe de chercheurs dirigés par des ingénieurs électriciens de l’Université de Ca San Diego.
L’imageur particulier détecte une partie de la plage infrarouge appelée lumière infrarouge à ondes courtes (longueurs d’onde de 1000 à 1400 nanomètres), qui est correcte en dehors de la plage visible (400 à sept cents 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 particulier fonctionne en faisant briller un éclairage infrarouge à ondes courtes sur un objet ou même une zone d’intérêt, puis en commutant la lumière infrarouge à faible énergie qui est renvoyée à l’appareil en des longueurs d’onde plus courtes et plus énergétiques que l’œil humain peut facilement voir.
L’imageur infrarouge particulier offre une image claire associée aux vaisseaux sanguins d’une main d’homme ou de femme et des vues à travers des éléments opaques comme des plaquettes de silicium. Crédit : Ning Li
“Cela rend invisible et visible”, a déclaré Tina Ng, professeur d’anatomiste électrique et informatique à l’UC North Park Jacobs School of Engineering.
Alors que les technologies d’imagerie infrarouge existent depuis des décennies, la majorité des systèmes sont coûteux, encombrants et complexes, nécessitant généralement un appareil photo numérique et un écran séparés. En outre, ils sont généralement fabriqués à l’aide de semi-conducteurs inorganiques, qui sont coûteux, rigides et composés de composants toxiques tels que l’arsenic et le plomb.
Le nouvel imageur infrarouge est mince et compact avec un écran à grande surface. Crédit : Ning Li
L’imageur infrarouge que le groupe de Ng a développé surmonte les problèmes. Il combine les capteurs et l’écran en un seul gadget mince, ce qui le rend compact et simple. Il est construit à l’aide de semi-conducteurs organiques, il est donc peu coûteux, polyvalent et sûr à utiliser dans les applications biomédicales. De plus, il offre une meilleure résolution d’image que quelques-unes de ses alternatives inorganiques.
Le nouvel imageur, publié récemment dans Matériaux fonctionnels innovants , offre des avantages supplémentaires. Il voit de nombreuses gammes infrarouges à ondes courtes, de 1000 à 1400 nanomètres – les systèmes comparables existants ne voient souvent qu’en dessous de 1200 nanomètres. Il fournit également l’une des plus grandes tailles d’écran d’imageurs infrarouges à ce jour : deux centimètres carrés dans la zone. Et parce que l’imageur particulier est créé à l’aide de processus de film mince, il est simple et peu coûteux de l’adapter pour créer des écrans réellement plus grands.
Dynamiser les photons infrarouges en photons perceptibles
L’imageur comprend plusieurs niveaux semi-conducteurs, chacun d’une épaisseur de plusieurs centaines de nanomètres, empilés les uns avec les autres. Trois de ces couches, chacune constituée d’un plastique organique différent, sont les acteurs essentiels de l’imageur : une couche de photodétecteur, une couche d’écran à diodes électroluminescentes organiques (OLED) et une bonne couche de blocage d’électrons entre les deux.
La couche photodétecteur absorbe la lumière infrarouge à ondes courtes (photons de faible énergie) puis génère un courant électrique. Ce courant se dirige vers la couche d’écran OLED, où il est converti en une image évidente (photons de haute puissance). Une couche avancée, appelée couche de blocage d’électrons, empêche le niveau d’affichage OLED particulier de perdre tout type de courant. C’est ce qui permet à l’appareil de produire une image plus claire.
Cette technique de conversion de photons à faible énergie en photos à énergie élevée est appelée conversion ascendante. Ce qui est unique ici, c’est que le processus de conversion ascendante est numérique. “L’avantage de ceci est vraiment qu’il permet une conversion immédiate de l’infrarouge au visible dans un seul programme mince et compact”, a déclaré le tout premier auteur Ning Li, spécialiste postdoctoral dans le laboratoire de Ng. « Dans un système d’imagerie IR typique où la conversion ascendante n’est pas numérique, vous avez besoin d’un certain nombre de détecteurs pour collecter des données, d’un ordinateur pour traiter ces données et d’un écran individuel pour afficher ces données. C’est pourquoi de nombreux systèmes existants sont généralement encombrants et coûteux. ”
Une autre caractéristique spéciale serait que l’imageur est efficace pour fournir des lectures optiques et numériques. “Cela peut le rendre multifonctionnel”, a déclaré Li. Par exemple, une fois que les chercheurs ont allumé une lumière infrarouge sur le dos des mains d’un sujet, l’imageur a offert une image claire 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 la fumée et une plaquette de silicium. Lors d’une démonstration, ils placeront un photomasque avec le motif « EXIT » dans une petite chambre pleine de smog. De plus, ils ont placé le photomasque à motifs avec « UCSD » derrière la plaquette de silicium. La lumière infrarouge pénètre à la fois par le smog et le silicium, permettant à l’imageur particulier de voir les mots de ces démonstrations. Cela pourrait être utile pour des applications, par exemple pour aider les véhicules autonomes à voir par mauvais temps et vérifier les puces de silicium uniquement pour les défauts.
Les chercheurs en particulier se concentrent maintenant sur l’amélioration de l’efficacité de l’imageur.
Point de référence : « Imageur de conversion ascendante organique avec double lecture numérique et optique pour la détection de la lumière infrarouge à ondes courtes » simplement par Ning Li, Naresh Eedugurala, Dong-Seok Leem, Jason D. Azoulay et Tse Nga Ng, 19 février 2021, Composants fonctionnels avancés .
DOI : 10. 1002 / adfm. 202100565
Les co-auteurs incluent Naresh Eedugurala et Jerrika D. Azoulay, College of Southern Mississippi; et Dong-Seok Leem, Samsung Electronics Company., Ltd.
Ce travail particulier a été soutenu par la National Technology Foundation (ECCS-1839361) et Samsung Advanced Start of Technology. La tâche a été effectuée simplement à la San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) avec l’UC San Diego, une partie de la National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, qui est soutenue par la Nationwide Science Foundation (subvention ECCS-1542148).
