密歇根大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種新型有機(jī)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(shí)用，適合長時(shí)間使用。他們的研究成果發(fā)表在《自然·光子學(xué)》(Nature Photonics)雜志上。有機(jī)發(fā)光二極管中的記憶效應(yīng)還能使計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)同時(shí)感知和解釋傳入的光信號(hào)和圖像。目前的夜視系統(tǒng)依賴于圖像增強(qiáng)器，它能將接收到的近紅外光轉(zhuǎn)換成電子，然后通過真空加速進(jìn)入包含數(shù)百個(gè)微小通道的薄盤。當(dāng)電子穿過通道并與通道壁碰撞時(shí)，會(huì)釋放出數(shù)千個(gè)額外的電子，然后撞擊熒光屏，將其轉(zhuǎn)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(shè)備還能將近紅外光轉(zhuǎn)換為可見光，并將其放大 100 多倍，但沒有傳統(tǒng)圖像增強(qiáng)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(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)更高的放大率。馬薩諸塞大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程和物理學(xué)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(diǎn)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(xì)得多，頭發(fā)絲的厚度約為50微米。”

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

該設(shè)備的工作原理是將光子吸收層和五層有機(jī)發(fā)光二極管堆疊在一起，前者將紅外光轉(zhuǎn)換成電子，后者將電子轉(zhuǎn)換成可見光光子。理想情況下，每個(gè)電子通過 OLED 疊層時(shí)都會(huì)產(chǎn)生五個(gè)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(chǎn)生更多的電子，這些電子在正反饋循環(huán)中通過 OLED。這種鏈?zhǔn)椒磻?yīng)大大提高了一定量輸入光產(chǎn)生的輸出光量。以前的有機(jī)發(fā)光二極管能夠?qū)⒔t外光轉(zhuǎn)換為可見光，但沒有增益，即一個(gè)輸入光子產(chǎn)生一個(gè)輸出光子。麻省理工大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程博士后研究員、該研究的第一作者Raju Lampande說：“這標(biāo)志著首次在薄膜設(shè)備中展示了高光子增益。”該設(shè)備還表現(xiàn)出一種記憶行為，可應(yīng)用于計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域。它在特定時(shí)刻的光輸出取決于過去輸入光照的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，這被稱為滯后。

Giebink說：“通常，當(dāng)你照亮上轉(zhuǎn)換有機(jī)發(fā)光二極管時(shí)，它開始輸出光，當(dāng)你關(guān)閉照明時(shí)，它停止輸出光。這種設(shè)備可以長時(shí)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(yīng)用帶來了一些挑戰(zhàn)，但它可能為圖像處理創(chuàng)造了一個(gè)機(jī)會(huì)，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(jīng)元根據(jù)輸入信號(hào)的時(shí)間和強(qiáng)度傳遞或不傳遞信號(hào)。這些有機(jī)發(fā)光二極管能夠記住過去的輸入信號(hào)，因此是神經(jīng)元連接類型的理想候選者，這種神經(jīng)元連接能夠?qū)斎雸D像進(jìn)行解釋和分類，而無需在單獨(dú)的計(jì)算單元中處理數(shù)據(jù)。研究人員使用現(xiàn)成的材料和方法制造了這種設(shè)備，這些材料和方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于有機(jī)發(fā)光二極管的制造，這將提高該技術(shù)未來應(yīng)用的成本效益和可擴(kuò)展性。

審核編輯 黃宇