Китайські вчені створили безлінзову ІЧ-систему

Китайські дослідники розробили безлінзову систему, яка забезпечує чітке інфрачервоне зображення навіть у темряві й на значній відстані.

Нова концепція — старий принцип

Інноваційна технологія базується на відродженні концепції «зображення через отвір», описаної ще філософом Мо-цзи в IV столітті до н.е. Проте замість фізичної дірочки вчені створили «оптичний отвір» у нелінійному кристалі за допомогою лазерного світла. Завдяки цьому інфрачервоне світло, яке зазвичай є невидимим, перетворюється на видимі зображення, які легко фіксуються стандартними кремнієвими камерами.

За словами керівника дослідження, професора Хепінга Цзена, «багато корисних сигналів знаходяться в середньому інфрачервоному діапазоні, але відповідні камери є дорогими або нестабільними». Зокрема, вони потребують охолодження і часто мають високий рівень шуму. Запропонована система обходить ці обмеження, використовуючи звичайні сенсори та просту оптичну конструкцію.

Глибина, широта, точність

Система має глибину різкості понад 35 см та поле зору понад 6 см — виняткові показники для середнього інфрачервоного діапазону (близько 3,07 мікрометра). Радіус оптичної апертури в 0,20 мм забезпечує чітке зображення деталей навіть на відстані 11, 15 і 19 см. Важливо, що навіть при надзвичайно слабкому освітленні зображення залишаються чіткими та стабільними.

Кун Хуан, один із провідних учасників проєкту, пояснив: «Безлінзове нелінійне зображення через дірку – це практичний спосіб отримати без спотворень зображення з великою глибиною та широким полем зору». Ключем до цієї системи стали надкороткі синхронізовані лазерні імпульси, які забезпечують точну передачу зображення навіть з дуже малою кількістю фотонів.

Бачення в трьох вимірах

Ще одним досягненням стало створення 3D-візуалізації за допомогою часу прольоту. Дослідники відтворили об’ємну модель керамічного кролика з мікронною точністю, навіть коли світлові сигнали були майже непомітні.

У другому підході, що використовує двокадрове глибинне зображення, вони змогли визначити просторове розташування об’єктів, розміщених один над одним на відстані до 6 см — і все це без складного синхронізування.

Шлях до застосування в реальному світі

Розробка має значний потенціал для використання в нічному спостереженні, промисловому контролі та екологічному моніторингу. «Цей підхід може підвищити безпеку в нічний час та зробити інфрачервоні системи більш доступними», — зазначив Хуан. Він наголосив, що використання стандартних кремнієвих сенсорів та простішої оптики робить систему портативною та енергоефективною.

Наразі обладнання є громіздким і базується на великій лазерній установці. Проте дослідники планують розробити компактніші джерела світла, нові нелінійні матеріали та додати динамічне керування формою оптичної дірки. Вони також прагнуть розширити технологію на довші інфрачервоні хвилі, що відкриє нові горизонти в зображенні поза можливостями звичайних лінз.

Робота, опублікована в журналі Optica, демонструє, що така безлінзова система може стати основою для створення нової генерації інфрачервоних візуалізаційних пристроїв — доступних, ефективних і надзвичайно точних.