Onderzoekers van de Australian National University (ANU) hebben een nieuwe manier ontwikkeld om in het bijna donker een bijna perfect hologram te maken.

Optische hologrammen zijn een slimme manier om een ​​3D-beeld van een object te maken. Ze hebben een aantal toepassingen:het beschermen van onze identiteitskaarten tegen vervalsing, tot realtime beeldvorming van levende cellen.

Door de nieuwe doorbraak kunnen hologrammen deze vitale functies vervullen en meer met veel minder licht.

Volgens Dr. Steve Lee, de kwaliteit van een optisch hologram is vaak gekoppeld aan de helderheid van laserlicht.

"Dus vroegen we ons af hoe kunnen we een optisch hologram maken in bijna volledige duisternis?" zei Dr. Lee.

"Als je een optisch hologram vormt met extreem weinig licht, het hologram ziet er erg korrelig uit, ' zei dokter Lee.

"We noemen deze korreligheid de 'shot noise limit' - die ook optreedt als je 's nachts je ogen sluit. De lichtspikkels die je ziet, zijn eigenlijk waar je oog wordt beperkt door shotruis."

Het onderzoeksteam vond een manier om dit probleem te omzeilen met behulp van machine learning.

"We hebben aangetoond dat we met heel weinig licht - bijna pikzwart bij beeldsnelheden van minder dan een milliseconde - een hologram nog steeds in bijna perfecte staat kunnen herstellen."

Hoofdauteur van de studie, de heer Zhiduo Zhang, beschrijft het als het herstellen van een korrelige oude foto.

"De details op de foto, net als een historisch kunstwerk, kunnen door een expert worden hersteld, ' zei meneer Zhang.

"Hier, onze expert is een machine, de Holo-UNet. De machine beheerst het uiterlijk van een ideaal hologram door duizenden leercycli. Na het trainen, we laten de machine dan een hologram zien met veel ontbrekende optische informatie. Net als een meesterschilder, de machine onthoudt hoe hij die ontbrekende fotonen digitaal moet invullen en zo het hologram in bijna perfecte omstandigheden moet herstellen."

De resultaten van de studie kunnen belangrijke implicaties hebben voor biologische beeldvorming.

"Biologische cellen zijn erg gevoelig voor licht en kunnen gemakkelijk worden beschadigd, ' zei dokter Lee.

"Bestaande lichtmicroscopen maken 3D-afbeeldingen van cellen met geconcentreerd licht, wat niet ideaal is. Onze methode kan worden gebruikt om cellen gedurende lange perioden onder bijna volledige duisternis te volgen zonder dat we ons zorgen hoeven te maken over lichtschade aan de cellen. We kunnen nu ook hologrammen van levende cellen opnemen in minder dan een honderdste van een seconde met heel weinig licht, en zie gebeurtenissen zoals celdeling met veel meer duidelijkheid."

Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Biomedische Optica Express .