Penglihatan Malam Revolusioner: Filter Extremely Tipis Mengubah Kacamata Sehari-hari

Para peneliti telah mengembangkan filter inframerah tipis yang inovatif untuk penglihatan malam hari yang dapat diintegrasikan ke dalam kacamata sehari-hari, memungkinkan pengamatan spektrum inframerah dan cahaya tampak secara bersamaan. Inovasi ini menjanjikan transformasi teknologi penglihatan malam dengan menjadikannya lebih ringan dan praktis untuk penggunaan sehari-hari, sehingga berpotensi meningkatkan keselamatan dalam kondisi cahaya redup.

Para ilmuwan dari TMOS, Pusat Keunggulan ARC untuk Sistem Meta-Optik Transformatif, telah membuat kemajuan signifikan dalam perjalanan mereka untuk memberikan pendekatan baru terhadap teknologi penglihatan malam, menciptakan filter inframerah yang lebih tipis dari bungkus plastik, dan itu bisa suatu hari dipasang pada kacamata sehari-hari, memungkinkan pengguna untuk melihat spektrum cahaya inframerah dan cahaya tampak pada saat yang bersamaan.

Perangkat penglihatan malam terutama digunakan oleh militer, penggemar berburu yang bersedia membawa teropong serbaguna, atau fotografer yang senang membawa lensa berat. Hal ini disebabkan oleh bobot dan besarnya teknologi. Rata-rata orang tidak akan lari malam hari dengan berat badan tambahan yang menempel di dahi mereka.

Kesan seniman terhadap teknologi upconversion inframerah non-linier. Kredit: Laura Valencia Molina, Universitas Nasional Australia

Meningkatkan Penglihatan Malam Sehari-hari

Memperkecil penglihatan malam hari dapat menyebabkan adopsi secara luas. Membuat filter penglihatan malam yang beratnya kurang dari satu gram dan dapat dipasang sebagai movie pada kacamata tradisional membuka aplikasi baru setiap hari. Kacamata night time imaginative and prescient konsumen yang memungkinkan pengguna untuk melihat spektrum tampak dan inframerah pada saat yang sama dapat menghasilkan berkendara yang lebih aman dalam kegelapan, jalan-jalan malam hari yang lebih aman, dan lebih sedikit kerumitan bekerja dalam kondisi cahaya redup yang saat ini memerlukan lampu depan yang besar dan sering kali tidak nyaman.

Dalam penelitian yang dipublikasikan di Superior Supplies, peneliti TMOS dari Universitas Nasional Australia mendemonstrasikan peningkatan teknologi konversi non-linier penglihatan inframerah menggunakan permukaan metasurface lithium niobate non-lokal.

Gambar 1.1. Diagram pengaturan penglihatan malam tradisional. Kredit: Laura Valencia Molina, Universitas Nasional Australia

Memperlancar Proses Penglihatan Malam

Teknologi penglihatan malam tradisional memerlukan foton inframerah untuk melewati lensa, kemudian bertemu dengan fotokatoda yang mengubah foton tersebut menjadi elektron, yang kemudian melewati pelat saluran mikro untuk meningkatkan jumlah elektron yang dihasilkan. Elektron-elektron ini berjalan melalui layar fosfor untuk diubah kembali menjadi foton, menghasilkan gambar tampak yang diperkuat yang dapat dilihat oleh mata (gambar 1.1). Elemen-elemen ini memerlukan pendinginan kriogenik untuk mencegah kebisingan termal semakin intensif. Sistem penglihatan malam berkualitas tinggi, seperti yang dijelaskan di atas, berat dan besar. Selain itu, sistem ini sering kali menghalangi cahaya tampak.

Teknologi upconversion berbasis metasurface memerlukan lebih sedikit elemen, sehingga secara drastis mengurangi jejaknya. Foton melewati metasurface resonansi tunggal dimana mereka dicampur dengan berkas pompa (gambar 1.2). Permukaan meta yang beresonansi meningkatkan energi foton, menariknya ke dalam spektrum cahaya tampak—tidak diperlukan konversi elektron. Ia juga bekerja pada suhu kamar, menghilangkan kebutuhan akan sistem pendingin yang besar dan berat.

Gambar 1.2 Diagram pengaturan upkonversi inframerah berbasis metasurface. Kredit: Laura Valencia Molina, Universitas Nasional Australia

Peningkatan Teknologi Pencitraan

Selain itu, sistem pencitraan inframerah dan pencitraan tampak tradisional tidak dapat menghasilkan gambar yang identik, karena sistem tersebut menangkap gambar dari setiap spektrum secara berdampingan. Dengan menggunakan teknologi up-conversion, sistem pencitraan dapat menangkap baik yang terlihat maupun yang tidak terlihat dalam satu gambar.
Pekerjaan ini merupakan perbaikan pada teknologi asli para peneliti, yang menampilkan metasurface gallium arsenide. Metasurface baru mereka terbuat dari lithium niobate, yang sepenuhnya transparan dalam rentang yang terlihat, sehingga jauh lebih efisien. Selain itu, foton berkas tersebar di space permukaan yang lebih luas, sehingga membatasi hilangnya information secara sudut.

Perspektif Efisiensi Peningkatan Konversi

Penulis utama Laura Valencia Molina mengatakan, “Orang-orang mengatakan bahwa peningkatan efisiensi tinggi dari inframerah ke cahaya tampak tidak mungkin dilakukan karena banyaknya informasi yang tidak dikumpulkan karena hilangnya sudut yang melekat pada permukaan metasurface non-lokal. Kami mengatasi keterbatasan ini dan secara eksperimental menunjukkan konversi gambar dengan efisiensi tinggi.”

Penulis Rocio Camacho Morales berkata, “Ini adalah demonstrasi pertama pencitraan konversi resolusi tinggi dari inframerah 1550 nm menjadi cahaya tampak 550 nm di permukaan metasurface non-lokal. Kami memilih panjang gelombang ini karena 1550 nm, sebuah cahaya inframerah, biasanya digunakan untuk telekomunikasi, dan 550 nm adalah cahaya tampak yang sangat sensitif bagi mata manusia. Penelitian di masa depan akan mencakup perluasan rentang panjang gelombang yang sensitif terhadap perangkat, yang bertujuan untuk memperoleh pencitraan IR broadband, serta mengeksplorasi pemrosesan gambar, termasuk deteksi tepi.”

Implikasi dan Penerapan di Masa Depan

Kepala Penyelidik Dragomir Neshev mengatakan, “Hasil ini menjanjikan peluang besar antara lain industri pengawasan, navigasi otonom, dan pencitraan biologis. Mengurangi bobot ukuran dan kebutuhan daya pada teknologi night time imaginative and prescient adalah contoh bagaimana meta-optik, dan pekerjaan yang dilakukan TMOS, sangat penting untuk Industri 4.0 dan miniaturisasi teknologi yang ekstrim di masa depan.”

Referensi: “Peningkatan Penglihatan Inframerah dengan Konversi Nonlinier di Metasurfaces Nonlokal” oleh Laura Valencia Molina, Rocio Camacho Morales, Jihua Zhang, Roland Schiek, Isabelle Staude, Andrey A. Sukhorukov dan Dragomir N. Neshev, 23 Mei 2024, Materi Lanjutan.
DOI: 10.1002/adma.202402777