Microlenzen verbeteren infraroodwaarneming door satellieten

De ontwikkeling van microlenzen die met behulp van nanotechnologie worden geproduceerd, zou infraroodbeelden die onder meer met satellieten worden gemaakt, kunnen verbeteren. Ook nachtkijkers zouden van de techniek profiteren.

De microlenzen werken door eigenschappen van gouden nanodeeltjes te benutten om meer licht door de lensopeningen te leiden. Daarmee zou de lichtopbrengst volgens de onderzoekers van het Rensselaer Polytechnic Institute twintigvoudig kunnen worden verbeterd. De techniek maakt een toename van de hoeveelheid licht in de quantum dot-infrarooddetectors mogelijk. Daarbij neemt de hoeveelheid ruis niet toe, wat tot betere beeldvorming moet leiden. De verbeterde infrarooddetectors zouden onder meer in satellieten en infraroodkijkers kunnen worden toegepast; infraroodbeelden door satellieten worden onder meer voor observatie en milieu-onderzoek gebruikt.

De quantum dot-sensors die professor Shan-Yu Lin en zijn collega's ontwikkelden, maken gebruik van plasmonische effecten van gouden nanodeeltjes. In een gouden coating van ongeveer 50nm dik maakte Lin gaatjes van 1,6 micron doorsnee en 1 micron dik. In de gaatjes werden quantum dots aangebracht, die gevoelig zijn voor infrarood licht en een spanning genereren. Het gouden laagje concentreert infrarood licht via surface plasmonics naar de gaten met quantum dots en fungeert als lens.

De verbeterde lichtopbrengst zonder ruistoename moet de zogeheten QDIP laten concurreren met de huidige technieken, zoals MCT-sensors. Die produceren weliswaar een sterk signaal, maar zijn afhankelijk van lange belichtingstijden bij weinig licht. Over enkele jaren zou de QDIP-technologie, vergeleken met de MCT-techniek, een twintigvoudige verbetering in infrarooddetectie kunnen vertonen.

Reacties (21)

[Paul C]

Interessant. Ik gebruik nu een camera die tot -20C gaat. Duur, maar wel commercieel verkrijgbaar. De infrarood straling is evenredig met de 4e macht van de temperatuur. Dus -20C = ((253K ^ 4) / 20) ^ 0,25 = 120K oftewel -153C

(Daarbij ga ik er even vanuit dat er op die temperatuur nog infrarood straling in het gemeten spectrum geproduceerd wordt. Dat is bij mijn camera ongeveer 7 micrometer, een van de banden die de atmosfeer redelijk goed doorlaat.)

Zou trouwens ook wel mooi zijn als dit gebruikt wordt om de resolutie te verhogen/de prijs te verlagen. 640*480 camera's zijn zo'n beetje het hoogste wat er momenteel verkrijgbaar is voor een prijs in de ordegrote van €30k-40k.

[Reactie gewijzigd door Paul C op 24 juli 2024 19:56]

[Molybdenum]

Kan je uitleggen wat je bedoelt?

Veel sensoren werken tot veel lagere temperaturen. Hoe lager de temp., hoe minder thermische ruis. Volgens mij staat dit helemaal los van de golflengte waar je naar wilt kijken.

[Rutje!]

Wat jij zegt gaat op voor de temperatuur van de sensor zelf, die geeft minder ruis bij lage temperaturen.

Wat pcmadman bedoelt is dat de straling (zowel de intensiteit als de golflengte) van objecten een functie is van de temperatuur. Koude objecten stralen minder en zijn dus lastiger te meten met een sensor. De sensor gaat dan maar tot -20°C omdat daaronder het signaal te zwak is om te meten.

Sommige ruis ontstaat omdat de sensor 'op zichzelf' straalt, wanneer de sensor koud is treedt dat minder op. Daarom worden (thermisch) infrarood sensoren vaak gekoeld, wat een hoop extra kosten etc met zich mee brengt (helemaal wanneer je de sensor ook nog eens in de ruimte wilt hangen).

[Reactie gewijzigd door Rutje! op 24 juli 2024 19:56]

[kaaas]

Ja ik snap ook niet helemaal wat je bedoelt.
Niet dat je uitleg niet goed is maar ik heb er te weinig kennis van zou je het misschien uit willen leggen voor noobs?

[Wiliart Rivia]

Nu nog wachten totdat ze de civiele satellieten de ruimte in sturen die van deze techniek gebruik maken. Dat gaat nog wel een aantal jaren duren lijkt me zo.

Hopelijk leidt deze techniek tot een flinke verbetering in de resolutie van de infrarood beelden. Meer in de buurt van de pixelgrootte van het zichtbare licht, 2.4m is leuk, pixels van 0,12m (als ze die verbetering van 20 echt halen) is natuurlijk vele malen leuker. Alhoewel die 0,12m wel onwaarschijnlijk lijkt, te bedenken dat de beste beschikbare civiele beelden in het zichtbare licht deel van het spectrum 0,60m zijn. Het gaat ook om de lichtopbrengst, niet de pixelgrootte helaas. Dat sluit natuurlijk niet uit dat het tot een flinke verbetering kan gaan leiden.

Als ze de techniek gaan gebruiken worden de beelden ook erg leuk, had laatst al een 4m pixelgrootte van Amsterdam tot Gelderse vallei (ASTER beelden) van ongeveer 1,5 GB te pakken. Dat waren dan wel weer 14 banden, maar een verbetering van 1 band van een aantal factors helpt dan wel weer flink mee om ze nog groter te maken.

[Verwijderd]

Iemand enig idee of dit bijvoorbeeld ook in de James Webb telescope gebruikt kan/zal worden?

[gp500]

Lijkt me niet die is al ontworpen en deze techniek is natuurlijk nog niet product klaar.

En dit zou niet in het formaat kunnen leiden die met een spiegel wel kunt maken.

En voor het camera-deel zal het denk ik ook niet toepasbaar zijn, dat gaat denk ik vrij van de bron(spiegel) af.


De JWST is net al de Hubble een ESA en NASA project btw.

[Verwijderd]

Wat mooi zou zijn, is dat de satelliet foto's zou nemen van je eigen huis. Een samenwerking met Google Maps: direct de infrarood beelden zien van je woning.
Als je wilt weten waar je warmteverliezen zich bevinden in je dak, dan kun je hier beter isoleren. Voor de overheid zou dit een handige tool zijn om te zien hoeveel gezinnen er nog zitten met een slecht of niet geïsoleerd dak.

[ATS]

En uiteraard waar de wietplantages op zolder verborgen zijn...

[kaaas]

HAHAHA ja en waar de wiet plantages zitten. Tenminste dat is wat de overheid nu doet met Infrarood camera's

[tilburgs82]

En wat wil de overheid dan gaan doen met die informatie over slecht geisoleerde daken?

[Reactie gewijzigd door tilburgs82 op 24 juli 2024 19:56]

[Daileass]

de desbetreffende eigenaar van de woning meer belastingen doen betalen uiteraard

[lezzmeister]

En ga je m isoleren betaal je wel btw, of dat heb je al betaald. win-win voor de overheid dus.

[tilburgs82]

dat doen ze al, want ze hebben meer stookkosten

[antiekeradio]

klinkt goed, maar de foto's op google maps zijn op detailniveau gewoon luchtfoto's die vanuit een vliegtuig genomen zijn (en meestal jaren oud zijn)

Maar; soortgelijke infrarood technieken worden nu al gebruikt voor het opsporen van wietplantages. Het zou best kunnen dat deze techniek daar ook aan kan bijdragen.

[Verwijderd]

Weer een gave toepassing van quantum dots!

Pas geleden nog iets gelezen over QD's toegepast in LED's, zelfde verhaal, hogere lichtopbrengst, zuiniger, beter 'beeld' (licht in het geval van LED's, beeld in dit geval en in het geval van backlights).

quote: http://www.physorg.com/news7421.html

Take an LED that produces intense, blue light. Coat it with a thin layer of special microscopic beads called quantum dots. And you have what could become the successor to the venerable light bulb.
The resulting hybrid LED gives off a warm white light with a slightly yellow cast, similar to that of the incandescent lamp.

Overigens een zelfde verhaal over camera's in telefoons.. En het eerder genoemde, over de LED's (klik ook hier..), toegepast in LCD's.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 24 juli 2024 19:56]

[Molybdenum]

Dit zijn geen microlenzen, maar gaatjes.

The surface plasmon QDIPs are long, flat structures with countless tiny holes on the surface. The solid surface of the structure that Lin built is covered with about 50 nanometers - or 50 billionths of a meter - of gold. Each hole is about 1.6 microns - or 1.6 millionths of a meter - in diameter, and 1 micron deep. The holes are filled with quantum dots, which are nanoscale crystals with unique optical and semiconductor properties.

Dat staat letterlijk in het artikel. Het mooie is is dat deze gaatjes microlenzen overbodig maken. Microlenzen zitten standaard op optische beeld sensoren.

[Mitsuko]

Even voor de duidelijkheid: dit verbetert dus de lichtgevoeligheid, maar niet het scheidend vermogen, wat verband houdt met het fenomeen van Airy-schijven. Het betekent dus niet dat we nu weer kleinere satellieten kunnen lanceren (behalve voor sky surveys misschien) - de grootte van de spiegel blijft bepalend voor het onderscheiden van kleine lichtbronnen.

[ApexAlpha]

[1984]Dit ruikt naar een leger uitvinding die nu wereldlijk wordt gemaakt omdat de desbetreffende instanties hun satellieten toch al verbeterd hebben :)[/1984]

[YopY]

Geheimhouding en opzettelijk achterhouden van technologie is niet specifiek iets dat geassocieerd wordt met 1984 .

[ApexAlpha]

Nee maar het kunnen spioneren met geavanceerde apparatuur als infrarood satellieten leek me wel toepasselijk