Met behulp van een enkele pixel camera en Terahertz elektromagnetische golven, een team van natuurkundigen van de Universiteit van Sussex heeft een blauwdruk bedacht die zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van luchthavenscanners die explosieven kunnen detecteren.

juffrouw Luana Olivieri, doctoraat student en Dr. Juan Sebastian Totero Gongora, een Research Fellow in Experimental Photonics van het Emergent Photonics Lab onder leiding van professor Marco Peccianti en Dr. Alessia Pasquazi, hebben een innovatieve manier gevonden om met hoge nauwkeurigheid vast te leggen, niet alleen de vorm van een object, maar ook de chemische samenstelling met behulp van een speciale "single point" camera die kan werken op Terahertz (THz) frequenties.

Hoewel hun werk in dit stadium grotendeels theoretisch is - ze introduceerden een nieuw beeldvormingsconcept genaamd Nonlinear Ghost Imaging - heeft hun vermogen om een ​​meer gedetailleerd beeld te krijgen van eerdere studies hen een prestigieuze voorpagina opgeleverd van het wetenschappelijke tijdschrift, ACS Fotonica .

Dr. Juan Sebastian Totero Gongora zei:"Onze aanpak produceert een nieuw type beeld dat heel anders is dan wat je zou krijgen van een standaard camera met één pixel, omdat het veel meer informatie over het object geeft. Vergeleken met eerdere afbeeldingen met één pixel, we hebben ook aangetoond dat onze resolutie inherent hoger is."

Liggend tussen microgolven en infrarood in het elektromagnetische spectrum, Terahertzstraling heeft een veel grotere golflengte dan zichtbaar licht. Het kan gemakkelijk doordringen in verschillende veelvoorkomende materialen zoals papier, kleding en kunststoffen die hebben geleid tot de ontwikkeling van technologie op het gebied van veiligheidsscans en fabricagecontrole waarmee mensen in objecten en verpakkingen kunnen kijken.

De straling roept echter een andere reactie op dan biologische monsters, waardoor onderzoekers materialen kunnen classificeren die bijna niet te onderscheiden zijn van zichtbaar licht.

Wetenschappers zijn van mening dat THz-golven een enorm potentieel kunnen hebben bij het ontwikkelen van kritieke toepassingen zoals het detecteren van explosieven, medische diagnostiek, kwaliteitscontrole in productie en voedselveiligheid.

De uitdaging, echter, ligt in de ontwikkeling van betrouwbare en kosteneffectieve camera's en het vermogen om objecten te identificeren die kleiner zijn dan de golflengte.

Maar, door een andere benadering te kiezen dan eerdere studies op dit gebied, het team van het Emergent Photonics Lab heeft mogelijk een manier gevonden om deze beperkingen te overwinnen.

Terwijl eerder onderzoek objecten heeft verlicht met veel patronen van laserlicht in slechts één kleur om een ​​afbeelding te extraheren, de onderzoekers verlichtten een object met patronen van THz-licht die een breed spectrum aan kleuren bevatten.

Een camera met één pixel (in plaats van een standaardcamera met meerdere pixels zoals verkocht in de winkelstraat) kan het door het object gereflecteerde licht voor elk patroon vastleggen. In de studie van het team, ze ontdekten dat de camera kan detecteren hoe de lichtpuls in de tijd door het object wordt veranderd (zelfs als de THz-puls een extreem korte gebeurtenis is). Door deze informatie te combineren met de bekende vorm van de patronen, de vorm van het object en zijn aard worden onthuld.

De techniek kan herinneren aan de manier waarop de hersenen begrip ontwikkelen in de visie door zich afzonderlijk op verschillende elementen te concentreren en vervolgens de relevante informatie te fuseren.

Professor Marco Peccianti voegde toe:"Dit is echt een belangrijke ontwikkeling en we zijn daar erg blij mee ACS Fotonica besloten om het voortouw te nemen met ons onderzoek op hun voorpagina. Eerdere benaderingen van THz-camera's met één pixel konden niet de volledige informatie over een object behouden, maar we begrepen waar het probleem lag en hebben een manier gevonden om een ​​completer beeld te extraheren.

"We hopen dat een soortgelijk systeem als het onze kan worden gebruikt in real-life toepassingen in de biologie, geneeskunde en veiligheid om de chemische samenstelling van een object en zijn ruimtelijke verdeling in slechts één stap te bepalen."

De bevindingen van het team zijn een aanzienlijke verbetering ten opzichte van gevestigde technologieën en kunnen een enorme impact hebben buiten het gebied van THz-camera's.

Bijvoorbeeld, hun techniek zou kunnen worden gebruikt om camera's met een hoge resolutie in andere frequentiebereiken te ontwerpen, die dan onderdeel zouden kunnen worden van technologie voor botsingssensoren, bodyscanner of ultrasnelle radars voor zelfrijdende auto's.

De onderzoekers volgen nu hun onderzoek op, die grotendeels gebaseerd is op simulaties, om hun apparaat experimenteel te demonstreren.

'Time-Resolved niet-lineaire Ghost Imaging door Luana Olivieri, Juan S. Totero Gongora, Alessia Pasquazi en Marco Peccianti werden gepubliceerd in ACS Fotonica op 15 augustus 2018.