物理科学公司为美军开发小而轻夜视光电眼镜

发布时间:2022-06-04

  美国军事研究人员需要一家公司开发出比当前的夜视镜更小、重量更轻的夜视设备,后者的尺寸和重量与一副典型的眼镜大致相同。他们从物理科学公司(Physical Sciences Inc.)找到了解决方案。

  美国国防高级研究计划局(DARPA)官员周三宣布与物理科学公司签订了一份价值640万美元的合同,用于眼镜形状因子增强夜视(ENVision)项目。

  目前的夜视镜通常长4英寸,重2.2磅。对佩戴者的脖子产生很大的扭矩。这将会在灵活性上限制佩戴者,并且长时间使用这些光电装置会导致慢性损伤。

  现代夜视镜也给佩戴者带来了视场狭窄的负担,并且通常对近红外光谱波段的光谱成像视场有限,限制了场景感知。

  这与用于成像的折射光学元件和像增强管(这两种现代夜视系统中的技术自诞生以来基本保持不变)不同。相反,DARPA ENVision项目要求SRI国际公司、UCSD和雷声BBN公司通过开发尺寸和重量接近典型眼镜的增强型直视夜视系统来克服这些限制。

  这三家机构将开发小而轻夜视镜,它通过一个共用孔径将光谱范围扩展到近红外之外,包括短波、中波和长波红外光谱波段,使用户可以访问1.5~12µm的光谱范围。此外,这些夜视眼镜可以将用户视场扩大到100°左右的自然视力。

  光学专家试图扩展夜视镜的视场,但改进的代价是增加了系统的尺寸、重量和用户的磨损。ENVision项目旨在通过光子上转换实现红外直视,探索夜视技术的下一次技术飞跃。

  虽然目前的夜视系统采用多步处理,但自20世纪60年代激光发明以来,人们就了解了将红外光子直接上转换为可见光的物理原理。直接光子上转换涉及两个或更多光子的吸收和更高能量光子的再发射。

  目前,这些工艺效率低下,并且可以同时上转换的光的带宽有限。但是,材料系统的最新进展,如极性结构和灵敏核-壳结构纳米颗粒,为探索光子上转换开辟了新途径。

  DARPA研究人员表示,基于光子上转换的夜视系统将不再需要一些组件,并可能在未来形成更简单的全光夜视系统,如夜视隐形眼镜。

  平面光学和平面像增强器可以通过一个共用孔径直接观看多个红外波段。衍射光学元件和超材料等结构化材料使人们能够将远远超出传统折射材料的光学功能嵌入到一个光学元件中。

  虽然宽视场、宽带宽和高成像质量都可以单独实现,但在实践中将这些特点结合起来仍是一个挑战。除了平面光学元件之外,像增强也可以将微弱的红外光转换为肉眼可探测的可见光光子。

  ENVision项目将持续四年,分为两个两年期,包括两个技术领域:样品和上转换。第一个技术领域的参与者将开发眼镜形状因子增强夜视系统的样品;第二个技术领域的参与者将研究宽波段直接光子上转换。

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