ראיית לילה מהפכנית: מסננים דקים במיוחד משנים משקפיים יומיומיות

חוקרים פיתחו מסנן אינפרא אדום דק פורץ דרך לראיית לילה, הניתן לשילוב במשקפיים יומיומיות, המאפשר צפייה בו-זמנית בספקטרום האינפרא אדום והאור הנראה. חידוש זה מבטיח לשנות את טכנולוגיית ראיית הלילה על ידי הפיכתה לקלה ומעשית יותר לשימוש יומיומי, מה שעשוי לשפר את הבטיחות בתנאי תאורה חלשה.

מדענים מ-TMOS, מרכז המצוינות של ARC למערכות מטא-אופטיות טרנספורמטיביות, עשו התקדמות משמעותית במסעם לספק גישה חדשה לטכנולוגיית ראיית לילה, תוך יצירת מסנן אינפרא אדום דק יותר מחתיכת עטיפה נצמדת, וזה יכול יום אחד להיות מונח על משקפיים יומיומיים, מה שמאפשר למשתמש לצפות בספקטרום האור האינפרא אדום והנראה בו זמנית.

מכשירי ראיית לילה שימשו בעיקר את הצבא, חובבי ציד שמוכנים לסחוב משקפת רב תכליתית, או צלמים שמחים לסחוב עדשות כבדות. זה נובע מהמשקל וחלק הארי של הטכנולוגיה. אדם ממוצע לא יוצא לריצת לילה עם קילו נוסף צמוד למצחו.

קידום ראיית לילה יומיומית

מזעור ראיית לילה יכול להוביל לאימוץ נרחב. יצירת מסנני ראיית לילה ששוקלים פחות מגרם ויכולים לשבת כסרט על פני זוג משקפיים מסורתיים פותחת יישומים חדשים ויומיומיים. משקפי ראיית לילה לצרכן המאפשרים למשתמש לראות את הספקטרום הנראה והאינפרא אדום בו-זמנית עלולים לגרום לנהיגה בטוחה יותר בחושך, לטיולי לילה בטוחים יותר ולפחות טרחה בעבודה בתנאי תאורה חלשה, הדורשים כיום פנסי ראש מגושמים ולעיתים לא נוחים.

במחקר שפורסם ב-Advanced Materials, חוקרי TMOS מה- האוניברסיטה הלאומית של אוסטרליה הדגמת ראייה אינפרא-אדום משופרת טכנולוגיית המרה כלפי מעלה לא ליניארית באמצעות משטח ליתיום ניובאט לא מקומי.

ייעול תהליך ראיית הלילה

טכנולוגיית ראיית לילה מסורתית מחייבת פוטונים אינפרא אדום לעבור דרך עדשה, ואז להיתקל בפוטוקתודה שהופכת את הפוטונים הללו לאלקטרונים, אשר לאחר מכן עוברים דרך לוח מיקרו-ערוצי כדי להגדיל את מספר האלקטרונים שנוצרים. אלקטרונים אלה עוברים דרך מסך זרחן כדי להיות מומרים בחזרה לפוטונים, ומייצרים תמונה גלויה מוגברת שניתן לראות בעין (איור 1.1). אלמנטים אלה דורשים קירור קריוגני כדי למנוע גם רעש תרמי להתעצם. מערכת ראיית לילה איכותית, כמו זו שתוארה לעיל, היא כבדה ומגושמת. בנוסף, מערכות אלו לרוב חוסמות את האור הנראה.

טכנולוגיית ההמרה העליונה המבוססת על משטחים דורשת פחות אלמנטים, מה שמפחית באופן דרסטי את טביעת הרגל שלה. פוטונים עוברים דרך משטח תהודה יחיד שבו הם מעורבים עם קרן משאבה (איור 1.2). משטח התהודה משפר את האנרגיה של הפוטונים, מושך אותם אל ספקטרום האור הנראה – אין צורך בהמרה של אלקטרונים. זה עובד גם בטמפרטורת החדר, ומבטל את הצורך במערכות קירור מגושמות וכבדות.

שיפורים בטכנולוגיית הדמיה

בנוסף, מערכות הדמיה אינפרא אדום וגלויות מסורתיות אינן יכולות לייצר תמונות זהות, מכיוון שהן לוכדות תמונות מכל ספקטרום זו לצד זו. על ידי שימוש בטכנולוגיית המרה למעלה, מערכות הדמיה יכולות ללכוד בתמונה אחת את הנראה והלא נראה.
העבודה היא שיפור של הטכנולוגיה המקורית של החוקרים, שהציגה משטח מטא של גליום ארסניד. משטח המטא החדש שלהם עשוי מליתיום ניובאט, שהוא שקוף לחלוטין בטווח הנראה, מה שהופך אותו ליעיל הרבה יותר. בנוסף פוטון אלומה מפוזרת על פני שטח רחב יותר, ומגבילה אובדן זוויתי של נתונים.

פרספקטיבות על יעילות המרה למעלה

המחברת הראשית לורה ולנסיה מולינה אומרת, "אנשים אמרו שהמרת מעלה ביעילות גבוהה של אינפרא אדום לנראה היא בלתי אפשרית בגלל כמות המידע שלא נאסף בגלל האובדן הזוויתי הטבוע במטא-משטחים שאינם מקומיים. אנו מתגברים על המגבלות הללו ומדגימים באופן ניסיוני המרת תמונה ביעילות גבוהה".

הסופר Rocio Camacho Morales אומר, "זוהי ההדגמה הראשונה של הדמיה ברזולוציה גבוהה של המרה מעלה מ-1550 ננומטר אינפרא אדום לאור גלוי של 550 ננומטר במטא-משטח לא מקומי. אנו בוחרים באורכי גל אלה מכיוון ש-1550 ננומטר, אור אינפרא אדום, משמש בדרך כלל לתקשורת, ו-550 ננומטר הוא אור נראה שעיני האדם רגישות אליו מאוד. מחקר עתידי יכלול הרחבת טווח אורכי הגל שהמכשיר רגיש אליהם, במטרה להשיג הדמיה IR בפס רחב, כמו גם חקר עיבוד תמונה, כולל זיהוי קצוות".

השלכות ויישומים עתידיים

החוקר הראשי דרגומיר נשב אומר, "תוצאות אלו מבטיחות הזדמנויות משמעותיות עבור תעשיות המעקב, הניווט האוטונומי וההדמיה הביולוגית, בין היתר. הקטנת המשקל ודרישות ההספק של טכנולוגיית ראיית לילה היא דוגמה לאופן שבו מטא-אופטיקה, והעבודה שעושה TMOS, היא חיונית לתעשייה 4.0 ולמזעור קיצוני העתידי של הטכנולוגיה."