Die Forscher des TMOS (Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems) in Australien haben eine neue Nachtsichttechnologie entwickelt. Sie haben einen Infrarotfilter geschaffen, der so dünn ist, dass er in Alltagsbrillen integriert werden könnte, was es dem Benutzer ermöglicht, gleichzeitig das sichtbare und das infrarote Lichtspektrum zu sehen.
Infrarot- (IR) zu sichtbar (VIS) Konversion für Nachtsichtanwendungen.
a) Schema eines nichtlinearen Konverters für Infrarotbilder: Das infrarote Licht, das ein Objekt beleuchtet und durch eine Linse (L1) geht, wird in sichtbares Licht umgewandelt und von einer anderen Linse (L2) eingefangen, um von einer herkömmlichen Siliziumkamera beobachtet zu werden.
b) Der ideale Konverter sollte alle einfallenden Strahlen unter verschiedenen Winkeln mit derselben Effizienz umwandeln, wobei H(k) = konstant. H(k) ist die Konvertierungs-Übertragungsfunktion.
c) In der Praxis werden aufgrund der Winkelstreuung des Konverters die Komponenten mit normalem Einfall effizienter umgewandelt als solche mit größeren Einfallswinkeln, also H(klow) > H(khigh). Traditionell war Nachtsicht Militärs, Jägern und Fotografen vorbehalten, aufgrund des Gewichts und der Sperrigkeit der Geräte. Diese Geräte verwenden einen komplexen Mechanismus, bei dem Infrarotphotonen in Elektronen umgewandelt, verstärkt und dann wieder in sichtbare Photonen umgewandelt werden. Diese Systeme sind nicht nur schwer, sondern erfordern auch eine kryogene Kühlung, um thermisches Rauschen zu vermeiden.
Die neue Technologie, die von TMOS entwickelt wurde, nutzt eine nichtlokale Metafläche aus Lithiumniobat zur Hochkonversion von Photonen. Die Photonen passieren eine resonante Metafläche, wo sie mit einem Pumpstrahl gemischt werden, ihre Energie erhöhen und direkt in sichtbares Licht umwandeln, ohne eine Zwischenstufe von Elektronen durchlaufen zu müssen. Dieses Verfahren funktioniert bei Raumtemperatur, wodurch sperrige Kühlsysteme überflüssig werden.
Dieser vereinfachte Ansatz ermöglicht eine erhebliche Miniaturisierung des Nachtsichtgeräts. Der neue Filter wiegt weniger als ein Gramm und kann wie ein Film auf gewöhnliche Brillen aufgetragen werden. Laura Valencia Molina, eine der Autorinnen der Studie, betont, dass diese Innovation die bisherigen Einschränkungen des Winkelsverlusts, die inhärent bei nichtlokalen Metaflächen auftreten, überwindet und eine hocheffiziente Hochkonversion des 1550 nm Infrarots in 550 nm sichtbares Licht ermöglicht.
Diese Innovation ebnet den Weg für vielseitige Anwendungen. Nachtsichtbrillen für die breite Öffentlichkeit könnten die Sicherheit beim nächtlichen Fahren, Spaziergängen oder Arbeiten bei schwachem Licht verbessern, ohne dass sperrige Ausrüstung erforderlich ist. Durch das gleichzeitige Erfassen des sichtbaren und des unsichtbaren Lichts in einem einzigen Bild bietet diese Technologie eine qualitativ hochwertigere Sicht in der Dunkelheit.
Autor des Artikels: Cédric DEPOND
Quelle: Advanced Materials