夜视仪把世界压成一片绿色。原因并非红外光缺少颜色信息，而是传统设备把这份信息丢弃了，将所有东西都转换成明暗层次。北京理工大学由唐鑫和葛明领导的研究团队如今造出一种设备，它保留这些信息并将其转换为全彩图像，靠的不是相机或图像处理器，而是探测器内部的一道物理能量势垒。这项成果发表在2026年7月29日的《科学进展》（Science Advances）上，是一副能以色调呈现红外场景的眼镜，其发出的上转换光甚至能驱动活的视觉细胞。
视觉的产生始于一个光子击中视网膜中的感光色素并迫使其改变形状，这一步所需的光子能量最低约为1.6电子伏特。波长超过700纳米的红外光子携带的能量低于这一数值，因此我们看不见它们。这意味着太阳辐射能量的一半以上超出人类的感知范围，所有发射或反射热量的物体也一同被排除在外。现有的夜视设备能捕获一部分这种不可见光，但它们是借助连接可见显示屏的光电探测器来呈现图像，只编码到达光线的多少。较暖的物体亮一些，较冷的物体暗一些，全都笼罩在同一层绿色调里。然而，人眼辨别细微色差的能力远强于辨别亮度差异，因此单色方案让眼睛的大部分灵敏度闲置未用。
北京团队的探测器让波长本身变得可选，从而解决了这个问题。其感光层由碲化汞胶体量子点构成，这些晶体直径约4纳米，小到量子限域效应把它们的能级打散成离散的台阶。在块体半导体中，能带是连续的，每个红外光子产生的响应大致相同。在量子点中，不同波长的光子激发不同的电子跃迁：团队测试的最长波长约为2微米，其能量恰好能把一个电子抬过基本带隙，而较短的红外波长会开启额外的更高能跃迁，强光甚至能让每个光子打出不止一个电子空穴对。结果是，离开量子点层的载流子数量同时编码了到达光的波长与强度。
把载流子数量转换成颜色，正是物理完成编码之处。设备在空穴行进的路径上叠放两层发射层：紧贴探测器的一层红色荧光粉层，以及其后的一层青色发射层，两者之间隔着一道0.82电子伏特的能量势垒。当来自暗弱或长波光的空穴很少时，它们全部被红色层捕获，设备发出红光。随着载流子通量上升，红色发射体的俘获位点趋于饱和，空穴开始越过势垒进入青色层，两种发射混合，人眼感知到的颜色随之偏移。由于这种偏移与载流子数量挂钩，而非依赖查找表，输出颜色同时编码了波长和强度。论文报告的光子到光子上转换效率为3.85%，亮度超过700坎德拉每平方米，并能分辨红外功率差异，其精细程度比单色设计高出两个数量级以上。
团队以可穿戴的形式演示了这一方案：一副重23克、有效可视面积为3.57平方厘米的半透明眼镜。在短波红外照射下，它投射出测试图案和运动物体的清晰彩色编码图像，普通相机即可拍下，而可见光仍能穿过这层半透明叠层。原则上，同一设备可以在增强现实模式（把红外信息叠加在正常视觉上）与沉浸式纯红外模式之间切换。更具雄心的说法是生物学层面的。研究人员把上转换器与产生channelrhodopsin-2的细胞结合，channelrhodopsin-2是一种让神经元对蓝光产生响应的感光蛋白，红外照射在这些细胞中触发了光电流。通过该设备传递的红外脉冲在小鼠身上产生了清晰的脑电图响应，在人类志愿者身上产生了清晰的视网膜电图响应；同样的脉冲不经过上转换器，则完全测不到任何响应。换句话说，上转换后的红外光能够进入生物视觉通路。
这篇论文之前，已有一波把人类视觉延伸进红外领域的尝试。去年，中国科学技术大学的研究人员演示了上转换隐形眼镜，让志愿者能够分辨近红外图案，包括彩色图案。北京的设备有两个不同之处：它是眼镜式显示器而非入眼镜片，而且它的颜色机制完全是物理性的，来自能量势垒，而非对荧光粉进行光谱工程改造。作者把这项工作描述为超越红外视觉的单色范式。
从演示到产品之间还隔着一些保留意见。所有测试都在受控条件下进行，使用的是经过校准的黑体光源和高对比度图案，而非真实夜晚街道上混杂的红外信息。OLED一侧需要外接电源，这使得这副眼镜更像一个小型供电显示器，而不是被动镜片。此外，碲化汞是重金属化合物：论文对长期皮肤接触只字未提，作者暗示的可植入视网膜假体还将面临生物相容性问题，这是培养皿中的离体神经元和外部脑电图读数无法回答的。上转换光能够驱动真实视觉，这一演示是货真价实的；但从这里走到全彩红外眼镜，路上依次要解决供电、真实场景和毒性这三个问题。
参考资料
Chengchang Fu, Jintao Zou, Xiaoxue Yang, Qun Hao, Xin Tang, and Ge Mu, Multispectral infrared-to-full-color upconversion expanding human vision. Science Advances 12, eaed0245 (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aed0245.
Jacek Krywko, Researchers devise a full-color night vision goggle. Ars Technica, 31 July 2026.
Near-infrared spatiotemporal color vision in humans enabled by upconversion contact lenses. Cell 188(13), 3375-3388 (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.04.019.
婷 翻译