来自奥地利、美国和瑞士的国际研究团队在一项开创性的研究中，从环境监测到医学诊断等领域都取得了重大进展。 在最近发表在《自然通讯》上的一篇文章中，他们详细介绍了中红外（MIR）系列高性能超级反射镜，这些超级反射镜将促进光谱学和激光应用的发展。
镜子技术的创新。
这项研究的核心是开发两种不同类型的MIR：全晶和混合。 全晶反射镜是精密工程的奇迹，通过粘合两个由砷化镓 （Gaas） 和砷化铝 （Algaas） 等晶体材料制成的半堆叠多层结构而制造。 这种方法确保了非常低的光损耗，这是高保真光学应用的关键参数。
另一方面，混合镜代表了结晶层和非晶层的融合。 这种创新设计将结晶Gaas藻类多层结构与由硅和二氧化硅层组成的底层非晶结构相结合。 混合反射镜因其调整透射特性的灵活性以及在更宽的波长范围内有效工作的能力而脱颖而出。
技术突破与挑战。
这些 MIR 反射镜的一项关键技术成就是其超高的精细度和极低的过量光学损耗（包括散射和吸收）。 细度是衡量镜子有效限制光线的能力的指标，直接影响光谱仪等设备中使用的光学腔的效率。 由于散射和吸收引起的光损耗越低，反射镜的质量就越高，从而可以进行更准确和灵敏的测量。 因此，该研究的反射器显示 99凭借 99,923% 的非凡反射率，100 万个光子中只有 8 个光子丢失。 与以前最好的中红外反射镜相比，这是一个显着的改进，因为以前的记录是 10,000 个光子中损失一个光子。
这些反射镜的制造需要先进的技术，例如晶体层的分子束外延和非晶层的离子束溅射。 这些工艺的精度对于实现所需的低缺陷密度和精确的层厚至关重要。
跨不同领域的应用。
这些MIR的潜在应用是广泛而多样的。 在环境监测中，这些反射镜可用于检测和分析温室气体和其他大气污染物，利用它们与中红外范围内分子结构的独特相互作用。 在医学领域，由于与生物分子的相互作用，它们有望进行非侵入性诊断，例如血糖监测和癌症检测。
工业应用也很有前途。 在过程监控中，这些反射镜可以分析气体和液体的化学成分，这在石化加工和制药等行业中至关重要。 其他部门也将受益，特别是在热成像以及化学和生物战剂的检测方面。
研究团队在概念验证气体传感实验中展示了这些镜子的实际应用。 使用空腔衰荡光谱，混合镜形成一个空腔，可以检测超高纯氮气中的痕量一氧化二氮和一氧化碳。 该演示突出了反射镜在高灵敏度环境监测和痕量气体检测方面的潜力。
此外，这种反射镜的超高精度和低损耗为光谱学打开了新的大门，提高了以前现有技术无法达到的灵敏度水平。 这可能会彻底改变放射性碳光谱学、大气痕量气体探测设备，甚至化学传感仪器。
写在最后。 虽然全结晶反射镜表现出卓越的效果，但其复杂的双键制造工艺带来了可扩展性挑战。 混合反射镜结合了非晶层和晶体层，提供了一种更具可扩展性和灵活性的替代方案，为光学反射镜技术的未来发展指明了方向。
这些中红外超反射镜的发展代表了光学技术的一个里程碑，其影响远远超出了传统的光谱学和激光应用。 从增强环境监测和医疗诊断到推进工业和安全应用，这些镜子的潜力是巨大且具有变革性的。 随着我们不断探索和理解光及其相互作用的复杂性，像这些MIR超级反射镜这样的技术不仅拓宽了我们的科学视野，而且还为我们这个时代一些最紧迫的挑战铺平了道路。