全新全光学方法彻底改变夜视技术

来自 TMOS(ARC 变革性元光学系统卓越中心)的研究人员在开发新夜视技术方面取得了重大进展，他们发明了一种比保鲜膜还薄的透视 滤光片，未来可以放置在日常透视 上，使用户可以同时查看透视 和可见光谱。

夜视设备主要由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额外一公斤的重量去夜间跑步。

夜视系统的微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透视 上的夜视滤光片，开辟了新的日常应用。消费者夜视透视 可以让用户同时看到可见光和透视 光谱，从而使中的驾驶和夜间行走更加安全，并且在低光条件下工作时也更省心，因为目前低光条件下需要笨重且通常不舒适的头灯。

在《先进材料》杂志上发表的研究中，澳大利亚国立大学的 TMOS 研究人员展示了利用非局部铌酸锂超表面增强透视 视觉非线性上转换技术。

传统夜视技术需要透视 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(图 1.1)。这些元件需要低温冷却以防止热噪声也被增强。像上面描述的高质量夜视系统既重又笨重。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(图 1.2)。谐振超表面增强了光子的能量，将它们拉入可见光谱中——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，传统的透视 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。

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色。他们的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，高效地将透视 光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，并通过实验证明了高效图像上转换。”

作者 Rocio Camacho Morales 表示：“这是首次在非局部超表面中演示从 1550 nm 透视 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 透视 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，旨在获得宽带透视 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一个例子，说明超光学和 TMOS 正在做的工作对工业 4.0 和未来技术极度小型化至关重要。”