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Creando un filtro infrarrojo más delgado que un pedazo de film transparente, que algún día podría colocarse en gafas comunes, permitiendo al usuario ver el espectro de luz visible e infrarroja al mismo tiempo.
Los dispositivos de visión nocturna han sido utilizados principalmente por el ejército, entusiastas de la caza dispuestos a cargar con binoculares multifuncionales, o fotógrafos felices de llevar lentes pesados. Esto se debe al peso y volumen de la tecnología. La persona promedio no va a correr por la noche con un kilo adicional atado a la frente.La miniaturización de la visión nocturna podría llevar a una adopción generalizada. La creación de filtros de visión nocturna que pesen menos de un gramo y que puedan colocarse como una película sobre un par de gafas tradicionales abre nuevas aplicaciones cotidianas. Gafas de visión nocturna para el consumidor que permitan ver el espectro visible e infrarrojo al mismo tiempo podrían resultar en una conducción nocturna más segura, caminatas nocturnas más seguras y menos molestias al trabajar en condiciones de poca luz que actualmente requieren linternas frontales voluminosas y, a menudo, incómodas.
En una investigación publicada hoy en Advanced Materials, los investigadores de TMOS de la Universidad Nacional de Australia demuestran una tecnología mejorada de visión infrarroja mediante conversión ascendente no lineal utilizando una metasuperficie de niobato de litio no local.
La tecnología tradicional de visión nocturna requiere que los fotones infrarrojos pasen a través de una lente, luego encuentren un fotocátodo que transforma estos fotones en electrones, los cuales luego pasan a través de una placa de microcanales para aumentar el número de electrones generados. Estos electrones viajan a través de una pantalla de fósforo para ser reconvertidos en fotones, produciendo una imagen visible intensificada que puede ser vista por el ojo (figura 1.1). Estos elementos requieren enfriamiento criogénico para evitar que el ruido térmico también se intensifique. Un sistema de visión nocturna de alta calidad, como el descrito anteriormente, es pesado y voluminoso. Además, estos sistemas a menudo bloquean la luz visible.
La tecnología de conversión ascendente basada en metasuperficies requiere menos elementos, lo que reduce drásticamente su tamaño. Los fotones pasan a través de una sola metasuperficie resonante donde se mezclan con un haz de bombeo (figura 1.2). La metasuperficie resonante aumenta la energía de los fotones, llevándolos al espectro de luz visible sin necesidad de conversión de electrones. Además, funciona a temperatura ambiente, eliminando la necesidad de sistemas de enfriamiento voluminosos y pesados.
Además, los sistemas tradicionales de imagen infrarroja y visible no pueden producir imágenes idénticas, ya que capturan imágenes de cada espectro por separado. Al utilizar la tecnología de conversión ascendente, los sistemas de imagen pueden capturar tanto lo visible como lo no visible en una sola imagen.
El trabajo es una mejora de la tecnología original de los investigadores, que presentaba una metasuperficie de arseniuro de galio. Su nueva metasuperficie está hecha de niobato de litio, que es completamente transparente en el rango visible, haciéndola mucho más eficiente. Además, el haz de fotones se distribuye sobre una superficie más amplia, limitando la pérdida angular de datos.
La autora principal, Laura Valencia Molina, dice: "La gente ha dicho que la conversión ascendente de alta eficiencia del infrarrojo al visible es imposible debido a la cantidad de información no recolectada debido a la pérdida angular inherente en las metasuperficies no locales. Superamos estas limitaciones y demostramos experimentalmente una conversión ascendente de imagen de alta eficiencia."
La autora Rocio Camacho Morales afirma: "Esta es la primera demostración de imágenes de conversión ascendente de alta resolución de infrarrojo de 1550 nm a luz visible de 550 nm en una metasuperficie no local. Elegimos estas longitudes de onda porque 1550 nm, una luz infrarroja, se utiliza comúnmente para las telecomunicaciones, y 550 nm es luz visible a la que los ojos humanos son altamente sensibles. La investigación futura incluirá la expansión del rango de longitudes de onda a las que el dispositivo es sensible, con el objetivo de obtener imágenes IR de banda ancha, así como explorar el procesamiento de imágenes, incluida la detección de bordes."
El Investigador Principal Dragomir Neshev dice: "Estos resultados prometen oportunidades significativas para las industrias de vigilancia, navegación autónoma e imagen biológica, entre otras. Disminuir el tamaño, peso y requisitos de energía de la tecnología de visión nocturna es un ejemplo de cómo las metaópticas y el trabajo que TMOS está haciendo son cruciales para la Industria 4.0 y la futura miniaturización extrema de la tecnología."
Para más información sobre esta tecnología, por favor envíe un correo electrónico a
Visión Infrarroja Mejorada mediante Conversión Ascendente No Lineal en Metasuperficies No Locales
Laura Valencia Molina, Rocio Camacho Morales, Jihua Zhang, Roland Schiek, Isabelle Staude, Andrey A. Sukhorukov, Dragomir N. Neshev
Publicado en Advanced Materials, 23 de mayo de 2024
La capacidad de detectar e imaginar la luz infrarroja de onda corta tiene aplicaciones importantes en vigilancia, navegación autónoma y imagen biológica. Sin embargo, las tecnologías actuales de imagen infrarroja a menudo plantean desafíos debido a su gran tamaño, gran ruido térmico y la incapacidad de aumentar la imagen infrarroja y visible. Aquí, se demuestra la imagen infrarroja mediante conversión ascendente no lineal al visible en una metasuperficie resonante de niobato de litio de alta calidad y ultra compacta. Se obtienen imágenes con alta eficiencia de conversión y calidad de resolución a pesar de la fuerte no localidad de la metasuperficie. Se muestra además la posibilidad de procesamiento de imágenes con detección de bordes aumentada con imágenes de conversión ascendente directa para aplicaciones avanzadas de visión nocturna.
