0
Дослідники розробили революційний тонкий інфрачервоний фільтр для нічного бачення, який можна інтегрувати в повсякденні окуляри, дозволяючи одночасно переглядати спектр інфрачервоного та видимого світла. Ця інновація обіцяє змінити технологію нічного бачення, зробивши її легшою та практичнішою для повсякденного використання, потенційно підвищивши безпеку в умовах слабкого освітлення.
Вчені з TMOS, Центру передового досвіду трансформаційних метаоптичних систем ARC, досягли значного прогресу у своїй подорожі щодо впровадження нового підходу до технології нічного бачення, створивши інфрачервоний фільтр, який тонший за шматок харчової плівки, і це може одного разу можна розмістити на повсякденних окулярах, дозволяючи користувачеві одночасно переглядати інфрачервоний і видимий спектри світла.
Прилади нічного бачення в основному використовувалися військовими, любителями полювання, які бажають носити з собою багатофункціональні біноклі, або фотографами, які із задоволенням носять із собою важкі об’єктиви. Це пов’язано з вагою та об’ємністю техніки. Звичайна людина не йде на нічну пробіжку з зайвим кілограмом на лобі.
Враження художника від технології нелінійного інфрачервоного перетворення. Авторство: Лаура Валенсія Моліна, Австралійський національний університет
Удосконалення щоденного нічного бачення
Мініатюризація нічного бачення може призвести до широкого впровадження. Створення фільтрів нічного бачення, які важать менше грама і можуть сидіти як плівка на традиційних окулярах, відкриває нові повсякденні застосування. Споживчі окуляри нічного бачення, які дозволяють користувачеві бачити видимий та інфрачервоний спектри одночасно, можуть сприяти безпечнішому керуванню в темряві, безпечнішим нічним прогулянкам і меншій роботі в умовах слабкого освітлення, які зараз потребують громіздких і часто незручних фар.
У дослідженні, опублікованому в Advanced Materials, дослідники TMOS з Австралійського національного університету демонструють покращену технологію нелінійного підвищення інфрачервоного зору з використанням нелокальної метаповерхні ніобату літію.
Схема традиційного налаштування нічного бачення. Авторство: Лаура Валенсія Моліна, Австралійський національний університет
Оптимізація процесу нічного бачення
Традиційна технологія нічного бачення вимагає, щоб інфрачервоні фотони проходили крізь лінзу, а потім зустрічалися з фотокатодом, який перетворює ці фотони в електрони, які потім проходять через мікроканальну пластину, щоб збільшити кількість генерованих електронів. Ці електрони, які проходять крізь люмінофорний екран, перетворюються назад на фотони, створюючи посилене видиме зображення, яке можна побачити оком (рисунок 1.1). Ці елементи вимагають кріогенного охолодження, щоб запобігти посиленню теплового шуму. Якісна система нічного бачення, як описана вище, важка і громіздка. Крім того, ці системи часто блокують видиме світло.
Технологія підвищення конверсії на основі метаповерхні потребує менше елементів, що значно зменшує її площу. Фотони проходять через одну резонансну метаповерхню, де вони змішуються з пучком накачування (рис. 1.2). Резонансна метаповерхня збільшує енергію фотонів, залучаючи їх у спектр видимого світла — не потрібно перетворювати електрони. Він також працює при кімнатній температурі, усуваючи потребу в громіздких і важких системах охолодження.
Малюнок 1.2 Діаграма налаштування інфрачервоного перетворення на основі метаповерхні. Авторство: Лаура Валенсія Моліна, Австралійський національний університет
Удосконалення технології обробки зображень
Крім того, традиційні інфрачервоні та видимі системи візуалізації не можуть створити ідентичні зображення, оскільки вони захоплюють зображення з кожного спектру пліч-о-пліч. Використовуючи технологію підвищення конверсії, системи обробки зображень можуть захоплювати як видиме, так і невидиме зображення в одному зображенні.
Робота є вдосконаленням оригінальної технології дослідників, яка включала метаповерхню арсеніду галію. Їх нова метаповерхня виготовлена з ніобату літію, який є повністю прозорим у видимому діапазоні, що робить його набагато ефективнішим. Крім того, промінь фотонів поширюється на більшу площу поверхні, що обмежує кутову втрату даних.
Перспективи підвищення ефективності перетворення
Провідний автор Лаура Валенсія Моліна каже: «Люди кажуть, що високоефективне перетворення інфрачервоного у видиме неможливе через кількість інформації, яка не збирається через кутові втрати, властиві нелокальним метаповерхням. Ми долаємо ці обмеження та експериментально демонструємо високоефективне перетворення зображення».
Автор Росіо Камачо Моралес каже: «Це перша демонстрація зображення високої роздільної здатності з підвищенням частоти перетворення з інфрачервоного випромінювання 1550 нм у видиме світло 550 нм на нелокальній метаповерхні. Ми вибираємо ці довжини хвиль, оскільки 1550 нм, інфрачервоне світло, зазвичай використовується для телекомунікацій, а 550 нм є видимим світлом, до якого людське око дуже чутливе. Майбутні дослідження включатимуть розширення діапазону довжин хвиль, до яких чутливий пристрій, з метою отримання широкосмугового ІЧ-зображення, а також вивчення обробки зображень, включаючи виявлення країв».
Майбутні наслідки та застосування
Головний дослідник Драгомір Нешев каже: «Ці результати обіцяють значні можливості для індустрії спостереження, автономної навігації та біологічних зображень, серед іншого. Зменшення вимог до ваги та потужності технології нічного бачення є прикладом того, як метаоптика та робота, яку виконує TMOS, є вирішальними для Індустрії 4.0 та майбутньої екстремальної мініатюризації технологій».
