對于看過(guò)很多動(dòng)作片或者玩過(guò)《使命召喚》的人來(lái)說(shuō)，一定不會(huì )對這樣的景象感到陌生：在一個(gè)幽靈般綠色的畫(huà)面中，看不見(jiàn)的物體變得可見(jiàn)。自從上世紀60年代中期第一臺夜視儀問(wèn)世以來(lái)，這項技術(shù)就引發(fā)了大眾的想象。

　　夜視鏡、紅外攝像機和其它類(lèi)似的設備能檢測從物體反射的紅外光，或者更確切地說(shuō)是檢測物體因為含有熱量而發(fā)出的紅外光。如今，這些設備不僅被軍(分隔符)方廣泛使用，還被執法和緊急服務(wù)、安全和監控行業(yè)、獵人和露營(yíng)愛(ài)好者廣泛使用。

　　但當前的技術(shù)并非沒(méi)有問(wèn)題。商用紅外攝像機阻擋可見(jiàn)光，干擾了正常的視野，這種裝置體積龐大且笨重，需要冷卻（在某些情況下甚至需要低溫冷卻）才能工作。

　　澳大利亞的的研究人員發(fā)明了一項新技術(shù)，利用超薄的納米晶體層使紅外光變得可見(jiàn)，解決了當前設備長(cháng)期存在的許多問(wèn)題。該研究發(fā)表在《*光子學(xué)》（Advanced Photonics）期刊上。研究人員的最終目標是制造一種可以放置在眼鏡或其他鏡片上的輕質(zhì)薄膜層，由一個(gè)微型內置激光器驅動(dòng)，使人們在黑暗中也能看見(jiàn)東西。

　　傳統的紅外探測

　　商用紅外攝像機將紅外光轉換為電信號，然后顯示在顯示屏上。由于紅外光的能量和頻率較低，因此它們需要低溫才能運行。這使得傳統的紅外探測器體積龐大且笨重——一些安全人員報告說(shuō)，由于經(jīng)常使用夜視鏡，造成了慢性頸部損傷。

　　當前技術(shù)的另一個(gè)缺點(diǎn)是它阻礙了可見(jiàn)光的傳輸，從而擾亂了正常的視覺(jué)。在某些情況下，紅外圖像可以被發(fā)送到顯示器，而不影響正常的視覺(jué)。然而，當用戶(hù)在移動(dòng)時(shí)，這種解決方案并不可行。

　　全光替代方案

　　還有一些不涉及電信號的全光替代方案。在這些方案中，儀器能直接將紅外光轉化為可見(jiàn)光從而被眼睛或照相機識別。這些技術(shù)的工作原理是在一種被稱(chēng)為“非線(xiàn)性晶體"的材料中，將入射的紅外光與一束強光源( 一束激光束)相結合，然后晶體發(fā)出可見(jiàn)光譜的光。

　　然而，非線(xiàn)性晶體體積龐大，價(jià)格昂貴，而且只能探測到紅外波段較窄的光。新的研究工作完善了這種全光方法。研究人員用精心設計的納米晶層來(lái)代替非線(xiàn)性晶體。這些納米晶層被稱(chēng)為“超表面"，它們是超薄、超輕，可以通過(guò)調整來(lái)控制通過(guò)它們的光的顏色或頻率。這使得超表面成為將紅外光子轉換為可見(jiàn)光的有吸引力的平臺。重要的是，透明的超表面可以實(shí)現紅外成像，同時(shí)允許正常視覺(jué)。

　　研究團隊開(kāi)始展示超表面的紅外成像。他們設計了一個(gè)由數百個(gè)半導體砷化鎵制成的極其微小的晶體天線(xiàn)組成的超表面。這個(gè)超表面被設計成在一定的紅外頻率、激光頻率和可見(jiàn)光輸出下通過(guò)共振放大光。然后我們制造了超表面并將其轉移到透明玻璃上，在玻璃表面形成一層納米晶體。

　　為了測試這個(gè)超表面，研究人員用目標的紅外圖像照亮它，看到紅外圖像被轉換成可見(jiàn)的綠色圖像。他們對不同位置的目標以及沒(méi)有任何目標進(jìn)行了測試——這樣可以看到超表面本身的綠色發(fā)光。在獲得的圖像中，深色條紋對應的是紅外目標，被綠色可見(jiàn)發(fā)射物包圍。盡管紅外圖像的不同部分被轉移到了超表面的獨立納米晶體上，但圖像在可見(jiàn)光下得到了很好的再現。雖然實(shí)驗只是一個(gè)概念證明，但這項技術(shù)原則上可以做很多傳統系統無(wú)法做到的事情，比如更廣的視角和多色紅外成像。

　　超表面在新技術(shù)中的發(fā)展前景

　　由于除了夜視之外的廣泛應用，對人眼看不見(jiàn)的紅外光的探測需求不斷增長(cháng)，這項技術(shù)可用于農業(yè)行業(yè)，幫助監測和維持食品質(zhì)量控制，也可用于遙感技術(shù)，如激光雷達（LIDAR）——一種幫助繪制自然和人造環(huán)境地圖的技術(shù)。

　　在更廣泛的背景下，利用超表面來(lái)探測、生成和操縱光的技術(shù)正在蓬勃發(fā)展。利用超表面的力量將使我們更接近實(shí)時(shí)全息顯示、自主系統的人工視覺(jué)和基于超快光的wifi等技術(shù)。