密歇根大學的研究人員開發出一種新型有機發光二極管(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。他們的研究成果發表在《自然·光子學》(Nature Photonics)雜志上。有機發光二極管中的記憶效應還能使計算機視覺系統同時感知和解釋傳入的光信號和圖像。目前的夜視系統依賴于圖像增強器，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。這比頭發絲要細得多，頭發絲的厚度約為50微米?！?/p>

由于該設備的工作電壓比傳統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?！痹撛O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時間，這被稱為滯后。

Giebink說：“通常，當你照亮上轉換有機發光二極管時，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光并記住一些東西，這很不尋常?！?/p>

雖然這種記憶行為給夜視應用帶來了一些挑戰，但它可能為圖像處理創造了一個機會，這種圖像處理的工作原理更類似于人類的視覺系統--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