热成像技术的飞跃：科学家破解长期难题

来自 实验室仪器网

一组研究人员解决了热成像领域一个长期存在的问题，使得通过加热的窗户捕捉物体的清晰图像成为可能。这项研究发表在《通信工程》杂志上，可以应用于安全、监控、工业研究和诊断。

假设你想使用热成像来监测高温反应室内的化学反应。你面临的问题是，窗户本身发出的热辐射会淹没摄像头，遮挡另一侧物体的视线。

一种可能的解决方案是在窗户上涂上一层物质，以抑制热光向相机发射，但这样做会使窗户不透明。为了解决这个问题，研究人员发明了一种涂层，通过使用工程不对称技术滤除热窗的热噪声，使热成像的对比度比传统技术高出一倍。

纳米级谐振器的设计是这项创新的核心，它就像微型音叉。它们可以捕获和增强特定频率的电磁波。谐振器由硅制成，排列成精心设计的阵列，可以精确控制热辐射通过窗户的发射和传输。

一个有趣的问题是，是否有可能抑制窗户向相机的热辐射，同时保持待观察物体侧面的良好传输。信息论认为，任何被动系统的答案都是“不”。然而，有一个漏洞——实际上，相机在有限的带宽内运行。利用了这个漏洞，创建了一种涂层，它可以抑制窗户向相机的宽带热辐射，但只会减少成像物体在窄带内的传输。

这是通过创建一种超材料来实现的，这种超材料由两层不同类型的谐振器组成，中间由一个间隔层隔开。这种设计使涂层足够透明，可以吸收窗户后面物体的热辐射，同时抑制瞄准相机的热辐射。

最终产品是一个突破性的非对称元窗口，可以对高达873K（约600ºC）的热量进行成像。这项突破具有重要意义。其直接应用领域是化学加工，其中监测高温室内的反应至关重要。

通过解决众所周知的“水仙效应”，即相机本身的热辐射会阻碍成像，该方法有可能将高光谱热成像转变为工业应用以外的领域。据研究人员称，准确的热成像对于节能、辐射冷却和防御系统至关重要。

研究人员指出，这是一项颠覆性创新。不仅解决了一个长期存在的问题，还为极端条件下的成像打开了新的大门。使用超表面和谐振器作为设计工具可能会改变热成像以外的许多领域，从能量收集到先进的传感技术。

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