Os pesquisadores da TMOS criaram um filtro infravermelho leve para óculos que permite a visão tanto na luz infravermelha quanto na visível, aumentando a segurança e a conveniência noturnas. Crédito: SciTechDaily.com
Os pesquisadores desenvolveram um filtro infravermelho fino e inovador para visão noturna que pode ser integrado em óculos do dia a dia, permitindo a visualização simultânea dos espectros de luz infravermelha e visível. Esta inovação promete transformar a tecnologia de visão noturna, tornando-a mais leve e prática para o uso diário, melhorando potencialmente a segurança em condições de pouca luz.
Cientistas do TMOS, o Centro de Excelência para Sistemas Meta-Ópticos Transformativos da ARC, fizeram progressos significativos na sua jornada para fornecer uma nova abordagem à tecnologia de visão nocturna, criando um filtro infravermelho que é mais fino do que um pedaço de filme plástico, e que poderia um dia ser colocado em óculos de uso diário, permitindo ao usuário visualizar o espectro de luz infravermelha e visível ao mesmo tempo.
Os dispositivos de visão noturna têm sido usados principalmente por militares, entusiastas da caça dispostos a carregar binóculos multifuncionais ou fotógrafos felizes em carregar lentes pesadas. Isto se deve ao peso e ao volume da tecnologia. A pessoa média não sai para uma corrida noturna com um quilo adicional amarrado na testa.
Impressão artística da tecnologia de conversão ascendente de infravermelho não linear. Crédito: Laura Valencia Molina, Universidade Nacional Australiana
Avançando a visão noturna diária
A miniaturização da visão noturna pode levar a uma adoção generalizada. A criação de filtros de visão noturna que pesam menos de um grama e podem ser colocados como um filme em um par de óculos tradicionais abre novas aplicações cotidianas. Óculos de visão noturna para consumidores que permitem ao usuário ver o espectro visível e infravermelho ao mesmo tempo podem resultar em uma direção mais segura no escuro, caminhadas noturnas mais seguras e menos incômodo no trabalho em condições de pouca luz que atualmente exigem faróis volumosos e muitas vezes desconfortáveis.
Em pesquisa publicada na Advanced Materials, pesquisadores do TMOS do Universidade Nacional Australiana demonstrar tecnologia de conversão ascendente não linear de visão infravermelha aprimorada usando uma metassuperfície de niobato de lítio não local.
Figura 1.1. Diagrama da configuração tradicional da visão noturna. Crédito: Laura Valencia Molina, Universidade Nacional Australiana
Simplificando o processo de visão noturna
A tecnologia tradicional de visão noturna exige que fótons infravermelhos passem através de uma lente e, em seguida, encontrem um fotocátodo que transforma esses fótons em elétrons, que então passam por uma placa de microcanais para aumentar o número de elétrons gerados. Esses elétrons que viajam através de uma tela de fósforo são reconvertidos novamente em fótons, produzindo uma imagem visível intensificada que pode ser vista a olho nu (figura 1.1). Esses elementos requerem resfriamento criogênico para evitar que o ruído térmico também seja intensificado. Um sistema de visão noturna de alta qualidade, como o descrito acima, é pesado e volumoso. Além disso, estes sistemas bloqueiam frequentemente a luz visível.
A tecnologia de upconversion baseada em metassuperfície requer menos elementos, reduzindo drasticamente sua pegada. Os fótons passam através de uma única metassuperfície ressonante onde são misturados com um feixe de bomba (figura 1.2). A metassuperfície ressonante aumenta a energia dos fótons, atraindo-os para o espectro de luz visível – sem necessidade de conversão de elétrons. Também funciona à temperatura ambiente, eliminando a necessidade de sistemas de refrigeração volumosos e pesados.
Figura 1.2 Diagrama da configuração da conversão ascendente infravermelha baseada em metassuperfície. Crédito: Laura Valencia Molina, Universidade Nacional Australiana
Aprimoramentos na tecnologia de imagem
Além disso, os sistemas tradicionais de imagem infravermelha e visível não podem produzir imagens idênticas, pois capturam imagens de cada espectro lado a lado. Ao usar a tecnologia de conversão ascendente, os sistemas de imagem podem capturar o visível e o não visível em uma imagem.
O trabalho é uma melhoria na tecnologia original dos pesquisadores, que apresentava uma metassuperfície de arsenieto de gálio. Sua nova metassuperfície é feita de niobato de lítio, que é totalmente transparente na faixa visível, tornando-a muito mais eficiente. Além disso, o fóton o feixe é espalhado por uma área de superfície mais ampla, limitando a perda angular de dados.
Perspectivas sobre eficiência de conversão ascendente
A autora principal, Laura Valencia Molina, diz: “As pessoas disseram que a conversão ascendente de alta eficiência do infravermelho para visível é impossível devido à quantidade de informação não coletada devido à perda angular que é inerente às metassuperfícies não locais. Superamos essas limitações e demonstramos experimentalmente a conversão ascendente de imagens de alta eficiência.”
O autor Rocio Camacho Morales diz: “Esta é a primeira demonstração de imagens de conversão ascendente de alta resolução de infravermelho de 1550 nm para luz visível de 550 nm em uma metassuperfície não local. Escolhemos estes comprimentos de onda porque 1550 nm, uma luz infravermelha, é comumente usada para telecomunicações, e 550 nm é a luz visível à qual os olhos humanos são altamente sensíveis. Pesquisas futuras incluirão a expansão da faixa de comprimentos de onda aos quais o dispositivo é sensível, com o objetivo de obter imagens infravermelhas de banda larga, bem como explorar o processamento de imagens, incluindo detecção de bordas.”
Implicações e aplicações futuras
O investigador-chefe Dragomir Neshev afirma: “Esses resultados prometem oportunidades significativas para as indústrias de vigilância, navegação autônoma e imagens biológicas, entre outras. Diminuir o tamanho, o peso e os requisitos de energia da tecnologia de visão noturna é um exemplo de como a meta-óptica, e o trabalho que o TMOS está fazendo, é crucial para a Indústria 4.0 e para a futura miniaturização extrema da tecnologia.”
Referência: “Visão infravermelha aprimorada por conversão ascendente não linear em metasuperfícies não locais” por Laura Valencia Molina, Rocio Camacho Morales, Jihua Zhang, Roland Schiek, Isabelle Staude, Andrey A. Sukhorukov e Dragomir N. Neshev, 23 de maio de 2024, Materiais avançados.
DOI: 10.1002/adma.202402777
