Ver a través del smog y la niebla. Trazar un mapa de los vasos sanguíneos de una persona mientras se monitorea la frecuencia cardíaca al mismo tiempo, sin tocar la piel de la persona. Ver a través de obleas de silicio para inspeccionar la calidad y composición de las placas electrónicas. Estas son solo algunas de las capacidades de un nuevo generador de imágenes infrarrojas desarrollado por un equipo de investigadores dirigido por ingenieros eléctricos de la Universidad de California en San Diego.

El generador de imágenes detecta una parte del espectro infrarrojo llamado luz infrarroja de onda corta (longitudes de onda de 1000 a 1400 nanómetros), que está justo fuera del espectro visible (400 a 700 nanómetros). Las imágenes infrarrojas de onda corta no deben confundirse con las imágenes térmicas, que detecta longitudes de onda infrarrojas mucho más largas emitidas por el cuerpo.

El generador de imágenes funciona iluminando con luz infrarroja de onda corta un objeto o un área de interés, y luego convertir la luz infrarroja de baja energía que se refleja en el dispositivo en más corta, longitudes de onda de mayor energía que el ojo humano puede ver.

"Hace visible la luz invisible, "dijo Tina Ng, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego.

Si bien la tecnología de imágenes infrarrojas existe desde hace décadas, la mayoría de los sistemas son caros, voluminoso y complejo, a menudo requieren una cámara y una pantalla independientes. También se fabrican normalmente con semiconductores inorgánicos, que son costosos, rígidos y están compuestos por elementos tóxicos como el arsénico y el plomo.

El generador de imágenes infrarrojas que desarrolló el equipo de Ng supera estos problemas. Combina los sensores y la pantalla en un dispositivo delgado, haciéndolo compacto y simple. Está construido con semiconductores orgánicos, por lo que es de bajo costo, flexible y seguro de usar en aplicaciones biomédicas. También proporciona una mejor resolución de imagen que algunos de sus homólogos inorgánicos.

El nuevo generador de imágenes, publicado recientemente en Materiales funcionales avanzados , ofrece ventajas adicionales. Ve más del espectro infrarrojo de onda corta, de 1000 a 1400 nanómetros; los sistemas similares existentes a menudo solo ven por debajo de 1200 nanómetros. También tiene uno de los tamaños de pantalla más grandes de generadores de imágenes infrarrojas hasta la fecha:2 centímetros cuadrados de área. Y debido a que el generador de imágenes se fabrica mediante procesos de película fina, Es fácil y económico escalarlo para hacer pantallas aún más grandes.

Energizando fotones infrarrojos a fotones visibles

El generador de imágenes está formado por varias capas semiconductoras, cada cientos de nanómetros de espesor, apilados uno encima del otro. Tres de estas capas, cada uno hecho de un polímero orgánico diferente, son los jugadores clave del generador de imágenes:una capa de fotodetector, una capa de visualización de diodos emisores de luz orgánicos (OLED), y una capa de bloqueo de electrones en el medio.

La capa del fotodetector absorbe luz infrarroja de onda corta (fotones de baja energía) y luego genera una corriente eléctrica. Esta corriente fluye a la capa de visualización OLED, donde se convierte en una imagen visible (fotones de alta energía). Una capa intermedia, llamada capa de bloqueo de electrones, evita que la capa de pantalla OLED pierda corriente. Esto es lo que permite que el dispositivo produzca una imagen más clara.

Este proceso de convertir fotones de baja energía en fotos de mayor energía se conoce como conversión ascendente. Lo que es especial aquí es que el proceso de conversión ascendente es electrónico. "La ventaja de esto es que permite la conversión directa de infrarrojo a visible en un sistema delgado y compacto, "dijo el primer autor Ning Li, investigador postdoctoral en el laboratorio de Ng. "En un sistema de imágenes IR típico donde la conversión ascendente no es electrónica, necesita una matriz de detectores para recopilar datos, una computadora para procesar esos datos, y una pantalla separada para mostrar esos datos. Ésta es la razón por la que la mayoría de los sistemas existentes son voluminosos y costosos ".

Otra característica especial es que el generador de imágenes es eficiente para proporcionar lecturas tanto ópticas como electrónicas. "Esto lo hace multifuncional, "dijo Li. Por ejemplo, cuando los investigadores iluminaron con luz infrarroja el dorso de la mano de un sujeto, el generador de imágenes proporcionó una imagen de los vasos sanguíneos del sujeto mientras registraba la frecuencia cardíaca del sujeto.

Los investigadores también utilizaron su generador de imágenes infrarrojas para ver a través del smog y una oblea de silicio. En una demostración, colocaron una fotomáscara con el patrón "EXIT" en una pequeña cámara llena de smog. En otro, colocaron una fotomáscara con el patrón "UCSD" detrás de una oblea de silicio. La luz infrarroja penetra a través del smog y el silicio, haciendo posible que el creador de imágenes vea las letras en estas demostraciones. Esto sería útil para aplicaciones como ayudar a los autos autónomos a ver con mal tiempo e inspeccionar chips de silicio en busca de defectos.

Los investigadores ahora están trabajando para mejorar la eficiencia del generador de imágenes.