密歇根大學的研究人員開發(fā)出一種新型有機發(fā)光二極管(OLED)，可以用輕便的眼鏡取代笨重的夜視鏡，使其更便宜、更實用，適合長時間使用。他們的研究成果發(fā)表在《自然·光子學》(Nature Photonics)雜志上。有機發(fā)光二極管中的記憶效應還能使計算機視覺系統(tǒng)同時感知和解釋傳入的光信號和圖像。目前的夜視系統(tǒng)依賴于圖像增強器，它能將接收到的近紅外光轉換成電子，然后通過真空加速進入包含數百個微小通道的薄盤。當電子穿過通道并與通道壁碰撞時，會釋放出數千個額外的電子，然后撞擊熒光屏，將其轉換成可見光。在此過程中，入射光被放大了 10,000 倍，使佩戴者在夜間也能看清東西。

新開發(fā)的 OLED 設備還能將近紅外光轉換為可見光，并將其放大 100 多倍，但沒有傳統(tǒng)圖像增強器所需的重量、高壓和笨重的真空層。研究人員表示，通過優(yōu)化該裝置的設計，可以實現更高的放大率。馬薩諸塞大學電氣與計算機工程和物理學教授、該研究的通訊作者 Chris Giebink 說：“這種新方法最吸引人的特點之一是，它能在厚度不到一微米的薄膜堆中放大光線。這比頭發(fā)絲要細得多，頭發(fā)絲的厚度約為50微米。”

由于該設備的工作電壓比傳統(tǒng)的圖像增強器低得多，因此可以大大降低能耗，從而延長電池壽命。

該設備的工作原理是將光子吸收層和五層有機發(fā)光二極管堆疊在一起，前者將紅外光轉換成電子，后者將電子轉換成可見光光子。理想情況下，每個電子通過 OLED 疊層時都會產生五個光子。其中一些光子被發(fā)射到用戶的眼睛中，但另一些則被光子吸收層重新吸收，產生更多的電子，這些電子在正反饋循環(huán)中通過 OLED。這種鏈式反應大大提高了一定量輸入光產生的輸出光量。以前的有機發(fā)光二極管能夠將近紅外光轉換為可見光，但沒有增益，即一個輸入光子產生一個輸出光子。麻省理工大學電子與計算機工程博士后研究員、該研究的第一作者Raju Lampande說：“這標志著首次在薄膜設備中展示了高光子增益。”該設備還表現出一種記憶行為，可應用于計算機視覺領域。它在特定時刻的光輸出取決于過去輸入光照的強度和持續(xù)時間，這被稱為滯后。

Giebink說：“通常，當你照亮上轉換有機發(fā)光二極管時，它開始輸出光，當你關閉照明時，它停止輸出光。這種設備可以長時間保持發(fā)光并記住一些東西，這很不尋常。”

雖然這種記憶行為給夜視應用帶來了一些挑戰(zhàn)，但它可能為圖像處理創(chuàng)造了一個機會，這種圖像處理的工作原理更類似于人類的視覺系統(tǒng)--生物神經元根據輸入信號的時間和強度傳遞或不傳遞信號。這些有機發(fā)光二極管能夠記住過去的輸入信號，因此是神經元連接類型的理想候選者，這種神經元連接能夠對輸入圖像進行解釋和分類，而無需在單獨的計算單元中處理數據。研究人員使用現成的材料和方法制造了這種設備，這些材料和方法已經廣泛應用于有機發(fā)光二極管的制造，這將提高該技術未來應用的成本效益和可擴展性。

審核編輯 黃宇