Il Centro di Eccellenza ARC per i Sistemi Meta-ottici Trasformativi (TMOS) ha compiuto un'importante scoperta nel campo della visione notturna. I ricercatori australiani TMOS hanno creato un filtro a infrarossi più sottile di un pezzo di pellicola trasparente che potrebbe essere applicato agli occhiali da vista tradizionali, consentendo all'utente di vedere sia lo spettro della luce infrarossa che quello visibile normalmente nello stesso momento.
Tradizionalmente, i dispositivi per la visione notturna sono stati utilizzati in ambito militare, dagli appassionati di caccia disposti a trasportare binocoli multifunzione pesanti o dai fotografi. L'utilizzo limitato a certe categorie è dovuto principalmente al peso e all'ingombro dei dispostivi dotati di questa funzione. Tuttavia, questa scoperta potrebbe rendere la tecnologia molto più diffusa.
Creare filtri per la visione notturna che pesano meno di un grammo e che possono essere applicati come una pellicola su un paio di occhiali tradizionali apre nuove applicazioni quotidiane. Occhiali per la visione notturna per consumatori che permettono di vedere lo spettro visibile e infrarosso contemporaneamente potrebbero migliorare la sicurezza alla guida di notte, rendere più sicure le passeggiate notturne e ridurre i disagi nel lavoro in condizioni di scarsa illuminazione che attualmente richiedono lampade frontali ingombranti e spesso scomode.
In una ricerca pubblicata oggi su Advanced Materials, i ricercatori del TMOS della Australian National University hanno mostrato una tecnologia avanzata di visione a infrarossi non lineare utilizzando una metasuperficie di niobato di litio non locale.
La tecnologia tradizionale per la visione notturna richiede che i fotoni infrarossi passino attraverso una lente, poi incontrino un fotocatodo che trasforma questi fotoni in elettroni, che poi attraversano una piastra a micro canali per aumentare il numero di elettroni generati. Questi elettroni viaggiano attraverso uno schermo al fosforo per essere riconvertiti in fotoni, producendo un'immagine visibile intensificata che può essere vista dall'occhio umano. Tali elementi richiedono il raffreddamento criogenico per prevenire il rumore termico, rendendo il sistema pesante e ingombrante. Inoltre, questi sistemi, spesso, bloccano la luce visibile.
La tecnologia di up-conversion basata su metasuperfici richiede meno elementi, riducendo drasticamente l'ingombro. I fotoni passano attraverso una singola metasuperficie risonante dove vengono mescolati con un raggio di pompaggio. La metasuperficie risonante aumenta l'energia dei fotoni, portandoli nello spettro della luce visibile, senza bisogno di conversione degli elettroni. Funziona anche a temperatura ambiente, eliminando la necessità di sistemi di raffreddamento voluminosi e pesanti.
Inoltre, i sistemi di imaging tradizionali a infrarossi e visibili non possono produrre immagini identiche, poiché catturano immagini da ciascuno spettro separatamente. Utilizzando la tecnologia di up-conversion, possono catturare sia il visibile che il non visibile in un'unica immagine offrendo una visione del tutto nuova.
Questo lavoro rappresenta un miglioramento notevole rispetto alla tecnologia originale degli stessi ricercatori, che utilizzava una metasuperficie di arseniuro di gallio. La nuova metasuperficie è realizzata in niobato di litio, completamente trasparente nella gamma visibile, rendendola molto più efficiente. Inoltre, il raggio di fotoni è distribuito su una superficie più ampia, limitando la perdita angolare di dati.
La principale autrice, Laura Valencia Molina, ha rilasciato una dichiarazione che spiega come il team è riuscito a superare gli ostacoli convenzionali:
Le persone hanno detto che la conversione ad alta efficienza dell'infrarosso al visibile è impossibile a causa della quantità di informazioni non raccolte e della perdita angolare inerente alle metasuperfici non locali. Superiamo queste limitazioni e dimostriamo sperimentalmente un'alta efficienza nella conversione delle immagini.
Rocio Camacho Morales, un'altra delle autrici della scoperta, aggiunge:
Questa è la prima dimostrazione di imaging ad alta risoluzione da 1550 nm di infrarosso a 550 nm di luce visibile in una metasuperficie non locale. Scegliamo queste lunghezze d'onda perché 1550 nm, un'infrarosso, è comunemente utilizzato nelle telecomunicazioni, e 550 nm è luce visibile a cui gli occhi umani sono altamente sensibili. Le ricerche future includeranno l'espansione della gamma di lunghezze d'onda a cui il dispositivo è sensibile, mirato a ottenere un imaging IR a banda larga, oltre a esplorare l'elaborazione delle immagini, inclusa la rilevazione dei bordi.
Anche Dragomir Neshev, tra i principali fautori della ricerca, ha concluso spiegando quelle che potrebbero essere alcune delle applicazioni pratiche della tecnologia:
Questi risultati promettono opportunità significative per l'industria della sorveglianza, la navigazione autonoma e l'imaging biologico, tra gli altri. Ridurre le dimensioni, il peso e i requisiti di potenza della tecnologia di visione notturna è un esempio di come le meta-ottiche, e il lavoro che TMOS sta facendo, siano cruciali per l'Industria 4.0 e la futura miniaturizzazione estrema della tecnologia.
Se la tecnologia dovesse rivelarsi valida e avere costi contenuti abbastanza da poter essere applicata su un normale paio di occhiali da vista senza farne lievitare il prezzo, potremmo presto andarcene tranquillamente in giro di notte senza bisogno di torce, luci o altre fonti luminose.