От вечерних поездок до навигации по дому или парку в темноте — существует так много ситуаций, когда было бы удобно использовать простую пару линз ночного зрения, и мир, выходящий за пределы человеческого оптического восприятия, мог бы быть освещён. Это зрение может стать реальностью благодаря технологическому прорыву, ультратонкой плёнки или линзы толщиной с пищевую плёнку.

Учёные из ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems (TMOS) в Австралии пытались сделать ночное видение доступным и носимым, отказавшись от громоздких и дорогих гарнитур и приспособлений для линз.

Их новые открытия позволяют осуществлять всю сложную обработку света по более простому и узкому пути, что, по сути, означает, что эту технологию можно упаковать в виде плёнки ночного зрения, которая весит менее грамма и может быть размещена поверх существующих линз.

Наличие повседневной пары очков ночного зрения, которые выглядят так же, как очки для чтения, может изменить то, как мы работаем и играем после наступления темноты. Тут много возможностей: от поиска собаки без поводка в парке во время ночной прогулки до повышения безопасности за рулем и пешком.

Так почему же мы ещё не ходим в ночных очках? Традиционное ночное зрение включает в себя сложную систему, которая использует световые фотоны, проходящие через объектив в электронный усилитель изображения, состоящий из двух важных частей. Сначала фотокатод преобразует фотоны в электроны, которые затем попадают в микроканальную пластину, состоящую из миллионов отверстий, для массового умножения электронов. Далее электроны попадают на экран с люминофорным покрытием и «светятся» зелёным, освещая сцену, просматриваемую через систему ночного зрения.

Понятно, что в настоящее время этот метод невозможно втиснуть в ультратонкий кусок пластиковой плёнки.

Вместо этого исследователи TMOS использовали технологию повышающего преобразования на основе метаповерхности, которая, по сути, обеспечивает более простой путь обработки световых фотонов. Фотоны проходят через резонансную метаповерхность, где смешиваются с лучом накачки. Нелокальная метаповерхность ниобата лития повышает энергию фотонов и вовлекает их в спектр видимого света без необходимости предварительного преобразования их в электроны. Это также не требует криогенного охлаждения, которое снижает «шум» и обеспечивает более чёткое изображение в классическом ночном зрении, поэтому можно отказаться от ещё большего количества громоздкой механики очков ночного зрения.

«Эти результаты обещают значительные возможности для наблюдения, автономной навигации и биологической визуализации, помимо прочего», — сказал главный исследователь Драгомир Нешев. «Уменьшение размера, веса и требований к мощности для технологий ночного зрения является примером того, как метаоптика, и работа, которую делает TMOS, имеет решающее значение для Индустрии 4.0 и будущей миниатюризации технологий».

Эта новая технология также фиксирует видимый и невидимый (или инфракрасный) свет на одном изображении, когда вы смотрите через «линзу». Классические системы ночного зрения фиксируют параллельные изображения каждого спектра, поэтому они не могут создавать идентичные изображения. Что это значит для пользователя? По сути, более качественное изображение того, что происходит в темноте.

«Это первая демонстрация визуализации с высоким разрешением и преобразованием инфракрасного излучения с длиной волны 1550 нм в видимый свет с длиной волны 550 нм на нелокальной метаповерхности», — сказал автор Росио Камачо Моралес. «Мы выбрали эти длины волн, потому что 1550 нм — это инфракрасный свет, обычно используемый в телекоммуникациях, а длина волны 550 нм — это видимый свет, к которому человеческие глаза очень чувствительны. Будущие исследования включат расширение диапазона длин волн, к которым чувствительно устройство, с целью получения широкополосных ИК-изображений, а также изучение обработки изображений, включая обнаружение краёв».

Эта работа является улучшением прошлых исследований ночного зрения, использующих метаповерхности арсенида галлия. На этот раз они обнаружили, что метаповерхность ниобата лития обеспечивает более эффективную обработку света на более широкой площади поверхности.

«Многие говорят, что высокоэффективное преобразование инфракрасного изображения в видимое невозможно из-за большого количества информации, которая не собирается из-за угловых потерь, присущих нелокальным метаповерхностям», — сказала ведущий автор Лаура Валенсия Молина. «Мы преодолеваем эти проблемы и экспериментально показываем высокую эффективность преобразования изображений».

Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.

Source: ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems (TMOS)