גלאי אלקטרואופטי חדשני לשיפור ראיית לילה

חוקרים מהפקולטה להנדסה באוניברסיטת בר-אילן יצרו גלאי אלקטרואופטי בעל פוטנציאל ליצירת מהפכה בתחום הראייה בתנאי תאורה קשים. החידוש צפוי להוביל להוזלה ניכרת במחיר של ציוד לראיית לילה.

במחקר שבוצע במעבדה של פרופ' דורון נווה בפקולטה להנדסה באוניברסיטת בר-אילן תוכנן ומומש "פיקסל" בעל רגישות גבוהה ביותר לאור, המורכב מחומר דו-ממדי בתצורה ייחודית. הפיקסל נועד לשמש כרכיב ליבה שיניב הוזלה ניכרת במחיר מגברי אור כוכבים, שהם מערכות ראיית הלילה הנפוצות ביותר כיום, לצד יתרונות נוספים.

ליריעות של חומרים מסוימים שעוביין אטומים בודדים ("חומרים דו-ממדיים") יש תכונות אלקטרואופטיות ייחודיות והן מתאימות לשילוב בתהליכי ייצור. מאפיינים אלה מאפשרים להשתמש בחומרים הדו-ממדיים כבסיס לדור הבא של גלאים אלקטרואופטיים, מתוך כוונה לייצר מהם מצלמות וידאו זולות, המעבירות את תמונת הנוף גם בתנאי תאורה חלשים ואפילו בחשיכה מוחלטת. דוגמאות לחומרים שמהם ניתן ליצור יריעות דו ממדיות: גרפן (פחמן), מוליבדנום דיסולפיד, זרחן שחור ועוד.

מצלמות המיועדות לראייה בתאורה חלשה או בחושך הן יקרות יחסית נכון להיום. ההתקנים הנפוצים ביותר הם מגברי אור כוכבים, המבוססים על הגברת אור הכוכבים באמצעות שפופרת ריק ייעודית הממירה את האור הפוגע באלקטרונים, מכפילה את כמות האלקטרונים, ומאיצה אותם עד פגיעתם במסך זרחני וממנו לעין המשתמש (מתקבלת מעין תמונה ירוקה של הנוף). סוג אחר של התקנים הוא המצלמות התרמיות, המבוססות על גלאי חישת חום. המצלמות משני הסוגים יקרות, ולכן קנייתן מוגבלת לצרכי מחקר, דימות רפואי או ביטחון.

במסגרת המחקר פותח ומומש "פיקסל" המורכב ממבנה ייחודי של כמה עשרות יריעות דו-ממדיות אנכיות מקבילות של מוליבדנום דיסולפיד בתוספת כמות קטנה של אטומי נחושת ששובצו בתהליך חדשני בין היריעות.

אור הפוגע ביריעות הדו-ממדיות מומר לאלקטרונים, המוכפלים כמה עשרות אלפי פעמים במנגנון הגבר הנובע מנוכחות אטומי הנחושת, נקראים ומוצגים כעוצמת זרם. באופן זה, הפיקסל קורא את התמונה המגיעה אליו מהנוף. כפי שתוכנן, ההיענות של הפיקסל היא בתחום האור הנראה (VIS) והאינפרא אדום הקרוב (NIR).

תחום ההיענות של הפיקסל וההגבר הגבוה הטבוע בו הופכים אותו למועמד להחלפת רכיב ליבה הקיים במגברי אור הכוכבים (שפופרת ריק). בין היתרונות של הפיקסל לעומת שפופרות הריק ניתן למנות העברת תמונה דיגיטלית של הנוף להמשך עיבוד, מניעת "שריפת" השפופרת בהפעלתה באור יום, קומפקטיות הרכיב ומחירו הזול משמעותית, שינגיש את מצלמות ראיית הלילה לכל דורש.

המאמר המלא