TMOS发明红外滤光片 可实现夜视系统小型化

盖世汽车讯 据外媒报道，ARC Center of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems（ARC变革性超光学系统卓越中心，TMOS）研究人员在开发夜视技术新方法的道路上取得了重大进展，发明了一种比保鲜膜还薄的红外滤光片，未来可以将其放在日常眼镜上，让用户同时看到红外和可见光谱。

图片来源：TMOS

夜视设备主要由军队、愿意随身携带多功能双筒望远镜的狩猎爱好者，或乐于随身携带重型镜头的摄影师使用。这是由于该技术的重量和体积。普通人不会在额头上背着一公斤重的东西去夜间跑步。

因此，夜视系统的小型化可能会得到广泛应用。制造重量不到一克、可以作为薄膜覆盖在传统眼镜上的夜视滤光片，开辟了新的日常应用。

消费类夜视眼镜可以让用户同时看到可见光和红外光谱，从而使黑暗中的驾驶更安全、夜间行走更安全，并且在低光条件下工作时更省心，而目前低光条件下需要笨重且通常不舒适的头灯。

在期刊《Advanced Materials》发表的一项研究中，来自澳大利亚国立大学（Australian National University）的TMOS研究人员展示了使用非局部铌酸锂超表面增强红外视觉非线性上转换技术。

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传统的夜视技术需要红外光子穿过透镜，然后遇到光电阴极，光电阴极将这些光子转换成电子，然后电子穿过微通道板以增加产生的电子数量。这些电子穿过荧光屏，重新转换为光子，产生肉眼可见的增强可见图像。

这些元件需要低温冷却，以防止热噪声加剧。像上面描述的这种高质量的夜视系统，既笨重又庞大。此外，这些系统通常会阻挡可见光。

基于超表面的上转换技术需要更少的元件，从而大大减少了其占用空间。光子穿过单个谐振超表面，在那里与泵浦光束混合。谐振超表面增强了光子的能量，将它们拉入可见光谱——无需电子转换。它还可以在室温下工作，无需笨重的冷却系统。

此外，传统的红外和可见光成像系统无法产生相同的图像，因为它们会并排捕获每个光谱的图像。通过使用上转换技术，成像系统可以在一张图像中捕获可见光和不可见光。

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这项工作是对研究人员的原始技术的改进，该技术以砷化镓超表面为特点。新超表面由铌酸锂制成，在可见光范围内完全透明，使其效率更高。此外，光子束分布在更大的表面积上，限制了数据的角度损失。

主要作者Laura Valencia Molina表示：“人们曾说，高效地将红外线转换为可见光是不可能的，因为非局部超表面固有的角度损失会导致无法收集到大量信息。我们克服了这些限制，并通过实验展示了高效图像上转换。”

作者Rocio Camacho Morales表示：“这是首次在非局部超表面中演示从1550 nm红外线到550 nm可见光的高分辨率上转换成像。我们之所以选择这些波长，是因为1550 nm红外光通常用于电信，而550 nm是人眼高度敏感的可见光。”

“未来的研究将包括扩大设备敏感的波长范围，旨在获得宽带红外成像，以及探索图像处理，包括边缘检测。”首席研究员Dragomir Neshev表示：“这些结果为监控、自主导航和生物成像等行业带来了重大机遇。降低夜视技术的尺寸重量和功率要求就是元光学一个例子，这说明TMOS正在做的研究对工业4.0和未来技术的极端小型化至关重要。”