Die Ära der monochromen grünen Bildschirme, die zum Symbol für Nachtsicht in Film und militärischer Ästhetik wurde, könnte ihrem Ende entgegengehen. Eine Gruppe chinesischer Forscher hat eine bahnbrechende Technologie entwickelt, die unsichtbare Infrarotstrahlung in ein vollfarbiges Bild umwandeln kann. Die in der renommierten Zeitschrift Science Advances veröffentlichten Forschungsergebnisse deuten auf die Möglichkeit der Entwicklung grundlegend neuer Visualisierungssysteme hin.

Überwindung der Grenzen des menschlichen Auges

Herkömmliche Nachtsichtgeräte funktionieren nach dem Prinzip der Umwandlung von Infrarotlicht in Helligkeitsstufen einer einzigen Farbe – meist Grün. Das menschliche Auge ist jedoch evolutionär viel besser darauf ausgelegt, feine Farbnuancen zu unterscheiden als kleinste Helligkeitsänderungen. Genau diese Diskrepanz zwischen biologischen und technischen Möglichkeiten war der Ausgangspunkt für die neuen Entwicklungen.

Um das Problem zu lösen, kombinierten die Wissenschaftler Nanotechnologie und Optoelektronik. Das System basiert auf kolloidalen Quantenpunkten aus Quecksilbertellurid mit einer Größe von etwa 4 Nanometern, die mit einem speziellen zweischichtigen OLED-Display integriert sind.

Funktion des „intelligenten' Filters

Der Schlüsselmechanismus des Geräts ist die Quantenbeschränkung. Dank der mikroskopischen Größe der Quantenpunkte regt Infrarotlicht unterschiedlicher Wellenlänge einzelne elektronische Übergänge an, anstatt ein einheitliches Signal zu erzeugen. Dies ermöglicht es dem System, die Eigenschaften der Strahlung mit hoher Präzision zu unterscheiden.

Das Funktionsprinzip basiert auf Energie und Wellenlänge:

  • Kürzere Infrarotwellen tragen mehr Energie und lösen eine größere Anzahl positiver Ladungen aus.
  • Diese Ladungen werden zu einem zweischichtigen OLED-Display geleitet, wobei eine Schicht rotes und die andere blaues Licht emittiert.
  • Zwischen den Schichten befindet sich eine Energiebarriere von 0,82 Elektronenvolt.

Bei schwacher Infrarotstrahlung wird nur die rote Schicht aktiviert. Mit zunehmendem Ladungsfluss überwinden sie die Barriere und gelangen in die blaue Schicht. Die Mischung der Farben verändert den Gesamtfarbstich und die Helligkeit des Bildes in Abhängigkeit von der Wellenlänge und der Temperatur des Objekts.

Prototyp der Brille und biologische Verträglichkeit

Zur Demonstration der Technologie wurde ein Prototyp halbtransparenter Brillen mit einem Gewicht von nur 23 Gramm und einer aktiven Sichtfläche von 3,57 Quadratzentimetern gebaut. Das Gerät ermöglicht dem Nutzer, gleichzeitig normales sichtbares Licht und das darüber liegende farbige Infrarotbild zu sehen.

Die Wissenschaftler führten auch Experimente zur Integration der Technologie mit dem biologischen Sehen durch. Infrarotimpulse, die durch den Konverter geleitet wurden, lösten erfolgreich elektrische Reaktionen der Netzhaut und des Gehirns bei Laborratten und menschlichen Freiwilligen aus. Ohne den Konverter lösten die Infrarotstrahlen keine Reaktion aus.

Ausblick und aktuelle Einschränkungen

Laut Berechnungen der Entwickler ermöglicht das neue System die Unterscheidung von Änderungen der Infrarotstrahlungsleistung etwa 200-mal besser als herkömmliche Geräte. Die Technologie befindet sich jedoch noch im Stadium der Laborforschung. Vor dem Markteintritt müssen eine Reihe technischer und sicherheitsrelevanter Fragen geklärt werden:

  • Stellung einer autonomen Stromversorgung für die OLED-Schicht.
  • Überprüfung der Sicherheit des Kontakts mit Quecksilbertellurid.
  • Test der Brillen unter realen Feldbedingungen.