具有超表面的光学屏有望让红外相机更便宜更小巧
墨尔本大学澳大利亚研究理事会变革性超构光学系统卓越中心（TMOS）牵头的一项新研究，展示了一种让不可见红外光变得可见的新方法，而且不必依赖当今红外相机所用的昂贵探测器技术。 |k
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红外光是人眼看不见的一种光，却携带着热量和环境物体的信息，广泛用于环境监测、工业检测、医疗和安防领域。 ={maCYlE.
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但红外相机等技术仍然价格高昂，因为它们依赖专用探测器，这类探测器制造成本高，还往往需要冷却。 mg >oB/,'Z
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一支国际研究团队展示了一种观察红外光的新方法，有朝一日可能让这类系统更小、更轻，成本也大幅降低。研究发表在《光：科学与应用》上。 *QLl
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Metasurface–UCNP混合上转换屏幕的概念图 j1d#\
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紧凑型光学屏 )sNtw Sl^
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第一作者Nima Sefidmooye Azar博士在墨尔本大学 TMOS 期间完成了这项工作，现就职于昆士兰大学。阿扎尔说，团队开发出一种光学屏——“超表面”——表面布满比一根头发丝宽度还小几千倍的微小结构。 i@B 5B2
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Metasurface-UCNP界面 uvA}7L{UO
这块屏能把不可见的红外光直接转成可见光，同时让转换后的图像亮度提高1000倍以上。它的原理是调控光的传播方式，把不可见红外光汇聚到需要的位置，从而让图像更亮。 O~aS&g/sf
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Azar说：“红外成像潜力巨大，但如今的相机通常依赖昂贵的半导体探测器。我们的平台提供了一种完全不同的思路：用一块紧凑的光学屏，把红外图像转换成可见图像。” O4$:
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把光汇聚到纳米颗粒上 Zqam Iq
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研究人员在图案化表面涂上由稀土材料制成的微小颗粒。这些颗粒吸收红外光，再以可见光的形式重新发射出来。 Wdy2;a<\ {
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超表面经过专门设计，能够捕获并汇聚入射红外光，大幅增强光与纳米颗粒之间的相互作用。 G0*$&G0nb
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这种方法让转换后的图像比纳米颗粒单独作用时亮1000倍以上。 qVM]$V#e
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图像更亮，也要保持清晰 )UJ]IB-Q|1
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共同作者、墨尔本大学 TMOS 教授Kenneth Crozier说，最大的难题在于，图像一调亮往往就变模糊。 * rs_k/2(
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与以往方法不同，新设计在提亮图像的同时保持了清晰，而这两个目标历来很难兼得。 'Z&A5\~
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Crozier说：“增亮程度会随光线入射角度变化，导致精细细节消失。” QCtG #/
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团队通过设计一种新型超表面——“平带”介电超表面——解决了这个问题。即使光从不同角度入射，它也能保持稳定表现。 [;.zl1S <
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Crozier说：“我们设计的表面能让红外图像亮得多，又不会变模糊。” J-,T^W v
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团队成功展示了高分辨率红外转可见光成像，从红外图案中生成明亮、高对比度的可见图像，同时保留精细的空间细节。 d0N7aacY
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迈向低成本器件 Vx#xq#wK
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阿扎尔说，虽然目前原型需要主动红外照明，但随着纳米颗粒材料和超表面工程不断进步，所需红外光量有望大幅减少，实际应用也会更近一步。 ]q?<fEG2<
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他说，由于该器件兼容纳米压印光刻等可规模化制造方法，最终有望实现大面积、低成本的红外成像器件。 m*I5 \
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Azar说：“我们的平台把强上转换增强、角度稳定性和偏振无关性结合在一个紧凑器件中。这种方法为轻量、无探测器的红外成像技术开辟了一条路。” &_-~kU1K^
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这项技术要走向商用还需进一步开发，但研究人员相信它最终会得到广泛应用。 ke/o11LP
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Azar说：“潜在应用包括夜视、遥感、生物医学成像，以及与标准可见光成像技术兼容的紧凑型红外相机。” (,<?Pg7v:f
相关链接：https://dx.doi.org/10.1038/s41377-026-02449-5
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