來自ARC開創(chuàng)性光學技術研究中心（TMOS）的研究人員在推出夜視技術新方法的征程中取得了重大進展，他們制造出了一種比保鮮膜還薄的紅外濾光片，有朝一日可以將其安裝在日常眼鏡上，讓用戶同時觀看紅外和可見光光譜。

夜視儀主要用于軍隊、愿意隨身攜帶多功能望遠鏡的狩獵愛好者或樂于攜帶沉重鏡片的攝影師。這是由于技術的重量和體積所致。一般人不會在夜間跑步時在額頭上再綁上一公斤的東西。

因此，夜視儀的微型化可能會帶來廣泛的應用。制造出重量不到一克的夜視濾光片，并能像薄膜一樣覆蓋在一副傳統(tǒng)眼鏡上，這開辟了新的日常應用領域。

能讓用戶同時看到可見光和紅外光譜的消費級夜視眼鏡，能讓用戶在黑暗中更安全地駕駛，在夜間更安全地行走，并減少在弱光條件下工作的麻煩，而目前在弱光條件下工作需要使用笨重且經常不舒服的頭燈。

在發(fā)表于《先進材料》（Advanced Materials）的研究中，來自澳大利亞國立大學的 TMOS 研究人員展示了使用非局部鈮酸鋰超表面的增強型紅外視覺非線性上轉換技術。

圖片:adma202402777-fig-0001-m.jpg

傳統(tǒng)的夜視技術，特別是圖像增強器，需要紅外光子通過透鏡，遇到光電陰極將光子轉化為電子，然后通過微通道板以增加產生的電子數量。這些電子穿過熒光屏，重新轉化為光子，生成肉眼可見的增強可見圖像。

熱成像系統(tǒng)的工作波長更長，通常需要低溫冷卻以防止熱噪聲，而夜視儀使用的圖像增強器則不同，一般不需要這種冷卻。然而，像上述這種高質量的夜視系統(tǒng)既笨重又龐大。此外，這些系統(tǒng)通常會阻擋可見光。

基于超表面的上轉換技術需要的元件更少，大大減少了占地面積。光子穿過一個共振超表面，在那里與泵浦光束混合。共振超表面增強了光子的能量，將它們吸引到可見光光譜中——無需進行電子轉換。它還能在室溫下工作，無需笨重的冷卻系統(tǒng)。

此外，傳統(tǒng)的紅外和可見光成像系統(tǒng)無法生成完全相同的圖像，因為它們只能同時捕捉兩種光譜的圖像。通過使用上轉換技術，成像系統(tǒng)可以在一張圖像中同時捕捉可見光和不可見光。

這項工作是對研究人員最初采用砷化鎵超表面技術的改進。他們的新超表面由鈮酸鋰制成，在可見光范圍內完全透明，因此效率要高得多。此外，光子束在更寬的表面區(qū)域傳播，限制了數據的角度損失。

圖片:adma202402777-fig-0005-m.jpg

主要作者Laura Valencia Molina說：“人們曾說，紅外線到可見光的高效上轉換是不可能的，因為非局部超表面固有的角度損失導致大量信息無法收集。我們克服了這些限制，并通過實驗證明了高效圖像上轉換技術�！�

作者Rocio Camacho Morales說：“這是首次在非局部超表面中演示從 1550 nm 紅外光到可見光 550 nm 的高分辨率上轉換成像。我們選擇這些波長是因為 1550 nm 紅外光通常用于電信，而 550 nm 是人眼高度敏感的可見光。未來的研究將包括擴大該設備的敏感波長范圍，旨在獲得寬帶紅外成像，以及探索圖像處理，包括邊緣檢測�！�

首席研究員 Dragomir Neshev 說：“這些成果為監(jiān)控、自主導航和生物成像等行業(yè)帶來了重大機遇。降低夜視技術的尺寸、重量和功耗要求是超光學以及 TMOS 正在開展的工作對工業(yè) 4.0 和未來技術極度微型化至關重要的一個例子�！�

相關鏈接：https://dx.doi.org/10.1002/adma.202402777