微型晶体薄膜可以让夜视成为日常的现实

这对任何观看了许多动作电影或扮演职责的人来说是一个熟悉的愿景：一个使不可见物体可见的幽灵般的绿色图像。自20世纪60年代中期开发第一夜视设备以来，该技术已捕获了流行的想象力。

夜视护目镜，红外摄像机和其他类似的设备检测从物体反射的红外光或者以热量的形式检测从物体发出的红外光。今天，这些设备不仅由军队而广泛使用，也是由执法和紧急服务，安全和监督行业，野生动物猎人和露营爱好者的爱好者。

但目前的技术并非没有问题。商用红外相机阻挡可见光，扰乱正常视觉。齿轮庞大和重，需要低温 - 并且在某些情况下，即使是低温冷却 - 工作。

我们提出了一种新技术，该技术采用超薄层的纳米晶体来使红外光可见，解决了当前设备的许多长期存在的问题。我们的研究发表于先进的光子学。

我们的最终目标是生产一种灯，可以坐在眼镜或其他镜片上，由微小的内置激光器提供动力，让人们在黑暗中看到。

商用红外摄像机将红外光转换为电信号，然后在显示屏上显示。由于红外光的能量和频率低，它们需要低温。这使得传统的红外探测器庞大和重沉重 - 一些安全人员由于经常使用夜视护目镜而导致慢性颈部损伤。

目前技术的另一个缺点是它阻断了可见光的传输，从而扰乱正常视觉。在某些情况下，可以将红外图像发送到显示监视器，留下正常的视觉。但是，当用户正在移动时，此解决方案是不可行的。

还有一些全光学替代品，不涉及电信号。相反，它们直接将红外光转换成可见光。然后可以通过眼睛或相机捕获可见光。

这些技术通过将进入的红外光与强光源组合 - 一种激光束 - 在称为“非线性晶体”的材料内。然后晶体在可见光谱中发光。

然而，非线性晶体庞大且昂贵，并且只能检测在红外频率窄带中的光。

我们的工作推进了这种全光学方法。我们开始使用被称为“Metasurfaces”的精心设计的纳米晶体层，而不是非线性晶体。 Metasurfaces是超薄和超光线，可以调整以操纵穿过它们的光的颜色或频率。

这使得Metasurfaces成为将红外光子转换为可见的有吸引力的平台。重要的是，透明元件可以使红外成像能够同时进行正常视觉。

我们的小组旨在展示与Metasurfaces的红外成像。我们设计了由数百个令人难以置信的微小晶体天线组成的元表面，由砷化镓制成。

这种元表面设计用于通过某些红外频率的共振放大光，以及激光器的频率和可见光输出。然后我们制造了金属表面并将其转移到透明玻璃上，在玻璃表面上形成一层纳米晶体。

为了测试我们的元曲面，我们用目标的红外图像照亮它，并看到红外图像被转换为​​可见的绿色图像。我们用目标的各种位置测试了这一点，也没有目标 - 所以我们可以看到Metasurface本身的绿色排放。在获得的图像中，暗条纹对应于红外目标，被绿色可见发射包围。

尽管通过组合元表面的独立纳米晶体上升的红外图像的不同部分，但是在可见光中再现图像。

虽然我们的实验只是一个概念证明，但该技术原则上可以做很多不可能与传统系统不可能的事情，例如更广泛的视角和多色红外成像。

由于夜视之外的各种应用，对人眼不可见的红外光的需求不断增长。该技术可用于农业产业，以帮助监控和维持食品质量控制，以及LIDAR的遥感技术 - 一种有助于映射自然和人造环境的技术。

在更广泛的背景下，使用Metasurfaces来检测，产生和操纵光线蓬勃发展。利用Metasurfaces的力量将使我们更接近实时全息显示器，自主系统的人工视觉，以及超快速的基于WiFi的技术。