Les chercheurs de TMOS ont créé un filtre infrarouge léger pour lunettes qui permet une vision à la fois dans la lumière infrarouge et dans la lumière visible, améliorant ainsi la sécurité et la commodité la nuit. Crédit : Issues.fr.com
Les chercheurs ont développé un filtre infrarouge fin et révolutionnaire pour la vision nocturne qui peut être intégré aux lunettes de tous les jours, permettant une visualisation simultanée des spectres de lumière infrarouge et visible. Cette innovation promet de transformer la technologie de vision nocturne en la rendant plus légère et plus pratique pour un usage quotidien, améliorant ainsi potentiellement la sécurité dans des conditions de faible luminosité.
Les scientifiques du TMOS, le Centre d'excellence de l'ARC pour les systèmes méta-optiques transformateurs, ont fait des progrès significatifs dans leur démarche visant à proposer une nouvelle approche de la technologie de vision nocturne, en créant un filtre infrarouge plus fin qu'un morceau de film alimentaire, et qui pourrait un jour être placé sur des lunettes de tous les jours, permettant à l'utilisateur de visualiser simultanément le spectre de la lumière infrarouge et visible.
Les appareils de vision nocturne ont principalement été utilisés par les militaires, les amateurs de chasse prêts à trimballer des jumelles polyvalentes ou les photographes heureux de transporter des objectifs lourds. Cela est dû au poids et à l’encombrement de la technologie. La personne moyenne ne part pas courir la nuit avec un kilo supplémentaire attaché au front.
Impression d'artiste de la technologie de conversion ascendante infrarouge non linéaire. Crédit : Laura Valencia Molina, Université nationale australienne
Faire progresser la vision nocturne au quotidien
La miniaturisation de la vision nocturne pourrait conduire à une adoption généralisée. La création de filtres de vision nocturne pesant moins d’un gramme et pouvant être placés comme un film sur une paire de lunettes traditionnelles ouvre de nouvelles applications quotidiennes. Les lunettes de vision nocturne grand public qui permettent à l'utilisateur de voir le spectre visible et infrarouge en même temps pourraient permettre une conduite plus sûre dans l'obscurité, des promenades nocturnes plus sûres et moins de problèmes pour travailler dans des conditions de faible luminosité qui nécessitent actuellement des lampes frontales encombrantes et souvent inconfortables.
Dans une recherche publiée dans Advanced Materials, des chercheurs du TMOS du Université nationale australienne démontrer une technologie de conversion ascendante non linéaire améliorée en vision infrarouge utilisant une métasurface de niobate de lithium non locale.
Graphique 1.1. Schéma d’une configuration de vision nocturne traditionnelle. Crédit : Laura Valencia Molina, Université nationale australienne
Rationaliser le processus de vision nocturne
La technologie traditionnelle de vision nocturne nécessite que les photons infrarouges traversent une lentille, puis rencontrent une photocathode qui transforme ces photons en électrons, qui traversent ensuite une plaque à microcanaux pour augmenter le nombre d'électrons générés. Ces électrons qui traversent un écran phosphorescent sont reconvertis en photons, produisant une image visible intensifiée et visible à l'œil nu (figure 1.1). Ces éléments nécessitent un refroidissement cryogénique pour éviter que le bruit thermique ne soit également intensifié. Un système de vision nocturne de haute qualité, comme celui décrit ci-dessus, est lourd et encombrant. De plus, ces systèmes bloquent souvent la lumière visible.
La technologie de conversion ascendante basée sur les métasurfaces nécessite moins d’éléments, ce qui réduit considérablement son empreinte. Les photons traversent une seule métasurface résonante où ils sont mélangés à un faisceau pompe (figure 1.2). La métasurface résonante améliore l’énergie des photons, les attirant dans le spectre de la lumière visible – aucune conversion d’électrons n’est nécessaire. Il fonctionne également à température ambiante, éliminant ainsi le besoin de systèmes de refroidissement encombrants et lourds.
Figure 1.2 Schéma de configuration de la conversion ascendante infrarouge basée sur la métasurface. Crédit : Laura Valencia Molina, Université nationale australienne
Améliorations de la technologie d'imagerie
De plus, les systèmes d’imagerie infrarouge et visible traditionnels ne peuvent pas produire des images identiques, car ils capturent côte à côte des images de chaque spectre. En utilisant la technologie de conversion ascendante, les systèmes d’imagerie peuvent capturer à la fois le visible et le non visible dans une seule image.
Le travail constitue une amélioration par rapport à la technologie originale des chercheurs, qui comportait une métasurface d’arséniure de gallium. Leur nouvelle métasurface est constituée de niobate de lithium, entièrement transparent dans le domaine visible, ce qui le rend bien plus efficace. De plus, le photon Le faisceau est réparti sur une surface plus large, limitant la perte angulaire des données.
Perspectives sur l'efficacité de la conversion ascendante
L'auteur principal, Laura Valencia Molina, déclare : « Les gens ont dit qu'une conversion ascendante à haute efficacité de l'infrarouge en visible est impossible en raison de la quantité d'informations non collectées en raison de la perte angulaire inhérente aux métasurfaces non locales. Nous surmontons ces limitations et démontrons expérimentalement une conversion ascendante d’image à haute efficacité.
L'auteur Rocio Camacho Morales déclare : « Il s'agit de la première démonstration d'imagerie de conversion ascendante haute résolution de l'infrarouge de 1 550 nm à la lumière visible de 550 nm dans une métasurface non locale. Nous choisissons ces longueurs d'onde parce que 1 550 nm, une lumière infrarouge, est couramment utilisée pour les télécommunications, et 550 nm est une lumière visible à laquelle les yeux humains sont très sensibles. Les recherches futures consisteront notamment à élargir la gamme de longueurs d’onde auxquelles l’appareil est sensible, dans le but d’obtenir une imagerie IR à large bande, ainsi qu’à explorer le traitement de l’image, y compris la détection des contours.
Implications et applications futures
L'enquêteur en chef Dragomir Neshev déclare : « Ces résultats promettent des opportunités significatives pour les secteurs de la surveillance, de la navigation autonome et de l'imagerie biologique, entre autres. La diminution du poids et des besoins en énergie de la technologie de vision nocturne est un exemple de la façon dont la méta-optique, et le travail effectué par TMOS, est cruciale pour l'Industrie 4.0 et la future miniaturisation extrême de la technologie.
