Bộ lọc siêu mỏng biến đổi kính mắt

Một nhóm nhà nghiên cứu đã phát triển bộ lọc hồng ngoại mỏng mang tính đột phá dành cho tầm nhìn ban đêm được tích hợp vào kính mắt hàng ngày, cho phép xem đồng thời quang phổ ánh sáng hồng ngoại và ánh sáng có thể nhận thấy bằng mắt thường.

16/06/2024 15:27

Da điện tử - thiết bị đeo tương lai

Sự đổi mới này hứa hẹn sẽ biến đổi công nghệ nhìn đêm bằng cách làm cho nó nhẹ hơn và thiết thực hơn cho việc sử dụng hàng ngày, có khả năng cải thiện độ an toàn trong điều kiện ánh sáng yếu. Nhóm nhà khoa học từ TMOS, Trung tâm về Hệ thống Siêu quang Biến đổi ARC, đã đạt được tiến bộ đáng kể trong hành trình mang đến một cách tiếp cận mới cho công nghệ nhìn đêm, tạo ra bộ lọc hồng ngoại mỏng hơn một miếng bọc bám và điều đó có thể một ngày nào đó sẽ được đặt trên kính mắt hàng ngày, cho phép người dùng xem phổ ánh sáng hồng ngoại và ánh sáng nhìn thấy cùng một lúc.

Bộ lọc siêu mỏng biến đổi kính mắt -0 — Nhóm nhà nghiên cứu của TMOS tạo ra một bộ lọc hồng ngoại cho phép tăng cường sự an toàn và thuận tiện vào ban đêm.

Nâng cao tầm nhìn ban đêm

Tầm nhìn ban đêm thu nhỏ có thể dẫn đến việc áp dụng rộng rãi. Việc tạo ra bộ lọc tầm nhìn ban đêm có trọng lượng chưa đến một gram và hoạt động như một tấm phim trên một cặp kính truyền thống hứa hẹn mở ra nhiều ứng dụng mới hàng ngày. Kính nhìn ban đêm dành cho người dùng cho phép nhìn thấy quang phổ và hồng ngoại cùng lúc giúp lái xe an toàn hơn trong bóng tối, đi bộ vào ban đêm an toàn hơn và ít gặp rắc rối hơn khi làm việc trong điều kiện ánh sáng yếu hiện đang cần đèn pha cồng kềnh và thường không thoải mái. Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Advanced Materials, nhóm nhà nghiên cứu TMOS từ Đại học Quốc gia Australia chứng minh công nghệ đảo ngược phi tuyến tính tầm nhìn hồng ngoại nâng cao bằng cách sử dụng siêu bề mặt (metasurface) lithium niobate không cục bộ.

Hợp lý hóa quy trình nhìn đêm

Công nghệ nhìn đêm truyền thống yêu cầu chùm photon hồng ngoại đi qua một thấu kính, sau đó gặp một cathode quang điện biến đổi chùm photon này thành chuỗi electron, sau đó đi qua một tấm vi kênh để tăng số lượng electron được tạo ra. Những electron này di chuyển qua màn phốt-pho để được chuyển đổi trở lại thành photon, tạo ra hình ảnh cường độ cao mà mắt có thể nhìn thấy được. Những bộ phận này yêu cầu làm mát bằng đông lạnh để ngăn tiếng ồn nhiệt tăng lên. Hệ thống nhìn đêm chất lượng cao, giống như hệ thống được mô tả ở trên, nặng và cồng kềnh. Ngoài ra, các hệ thống này thường chặn ánh sáng khả kiến.

Công nghệ chuyển đổi ngược dựa trên metasurface yêu cầu ít phần tử hơn, giảm đáng kể dấu chân của nó. Chùm photon đi qua một siêu bề mặt cộng hưởng duy nhất tại đó chúng được trộn với chùm tia bơm. Siêu bề mặt cộng hưởng tăng cường năng lượng của các photon, kéo chúng vào quang phổ ánh sáng khả kiến mà không cần chuyển đổi electron. Nó cũng hoạt động ở nhiệt độ phòng, loại bỏ sự cần thiết của hệ thống làm mát cồng kềnh và nặng nề. Metasurface là một khái niệm quang tử nano được phát triển gần đây để điều khiển các đặc tính của ánh sáng bằng cách thay thế các thành phần quang học cồng kềnh thông thường bằng thành phần quang học phẳng siêu mỏng.

Những cải tiến trong công nghệ hình ảnh

Ngoài ra, hệ thống chụp ảnh hồng ngoại và nhìn thấy truyền thống không thể tạo ra các hình ảnh giống hệt nhau vì chúng chụp hình ảnh từ mỗi quang phổ cạnh nhau. Bằng cách sử dụng công nghệ chuyển đổi lên, hệ thống hình ảnh có thể ghi lại cả phần nhìn thấy được và không nhìn thấy được trong một hình ảnh. Công trình này là sự cải tiến dựa trên công nghệ ban đầu của nhóm nhà nghiên cứu, trong đó có siêu bề mặt gali arsenide. Metasurface mới của họ được làm từ lithium niobate, hoàn toàn trong suốt trong phạm vi nhìn thấy được, khiến nó hiệu quả hơn nhiều. Ngoài ra, chùm photon được trải rộng trên diện tích bề mặt rộng hơn, hạn chế mất dữ liệu theo góc.

Quan điểm về hiệu quả chuyển đổi ngược

Tác giả chính Laura Valencia Molina giải thích: “Mọi người đã nói rằng việc chuyển đổi từ hồng ngoại sang nhìn thấy hiệu quả cao là không thể vì lượng thông tin không được thu thập do mất góc vốn có ở các siêu bề mặt không cục bộ. Chúng tôi khắc phục những hạn chế này và chứng minh bằng thực nghiệm khả năng chuyển đổi nâng cao hình ảnh hiệu quả cao”.

Tác giả Rocio Camacho Morales bình luận: “Đây là minh chứng đầu tiên về hình ảnh chuyển đổi nâng cao độ phân giải cao từ hồng ngoại 1.550 nm sang ánh sáng nhìn thấy 550 nm trong siêu bề mặt không cục bộ. Chúng tôi chọn những bước sóng này vì 1.550 nm, ánh sáng hồng ngoại, thường được sử dụng trong viễn thông và 550 nm là ánh sáng khả kiến mà mắt người rất nhạy cảm. Nghiên cứu trong tương lai sẽ bao gồm việc mở rộng phạm vi bước sóng mà thiết bị nhạy cảm, nhằm thu được hình ảnh hồng ngoại băng thông rộng, cũng như khám phá khả năng xử lý hình ảnh, bao gồm cả phát hiện cạnh”.

Ý nghĩa và ứng dụng trong tương lai

Điều tra viên trưởng Dragomir Neshev tuyên bố: “Kết quả hứa hẹn những cơ hội đáng kể cho ngành công nghiệp giám sát, điều hướng tự động và hình ảnh sinh học, cùng nhiều ngành khác. Việc giảm trọng lượng kích thước và yêu cầu năng lượng của công nghệ nhìn đêm là một ví dụ về cách siêu quang học và công việc mà TMOS đang thực hiện có ý nghĩa quan trọng đối với Công nghiệp 4.0 và quá trình thu nhỏ cực độ của công nghệ trong tương lai”.