Als we met onze ogen naar een object kijken, of met een camera, we kunnen automatisch genoeg lichtpixels op zichtbare golflengten verzamelen om een ​​duidelijk beeld te krijgen van wat we zien.

Echter, om een ​​kwantumobject of fenomeen te visualiseren waar de verlichting zwak is, of afkomstig van niet-zichtbare infrarood- of ver-infraroodgolflengten, wetenschappers hebben veel gevoeligere instrumenten nodig. Bijvoorbeeld, ze hebben beeldvorming met één pixel in het ruimtelijke domein ontwikkeld als een manier om zoveel mogelijk fotonen in te pakken en ruimtelijk te structureren op een enkele pixeldetector en vervolgens een afbeelding te maken met behulp van computationele algoritmen.

evenzo, in het tijdsdomein, wanneer een onbekend ultrasnel signaal zwak is, of in de infrarode of verre infrarode golflengten, het vermogen van beeldvorming met één pixel om het te visualiseren wordt verminderd. Gebaseerd op de spatio-temporele dualiteit van lichtpulsen, Onderzoekers van de Universiteit van Rochester hebben een tijdsdomein-beeldvormingstechniek met één pixel ontwikkeld, beschreven in optiek , dat lost dit probleem op, het detecteren van 5 femtojoule ultrasnelle lichtpulsen met een temporele steekproefomvang tot 16 femtoseconden. Deze tijddomein-analogie van de beeldvorming met één pixel vertoont vergelijkbare voordelen als zijn ruimtelijke tegenhangers:een goede meetefficiëntie, een hoge gevoeligheid, robuustheid tegen tijdelijke vervormingen en de compatibiliteit bij meerdere golflengten.

Hoofdauteur Jiapeng Zhao, een doctoraat student optica aan de Universiteit van Rochester, zegt dat mogelijke toepassingen een zeer nauwkeurig spectrografische tool omvatten, aangetoond dat het met deze techniek een nauwkeurigheid van 97,5 procent bereikt bij het identificeren van monsters met behulp van een convolutief neuraal netwerk.

De techniek kan ook worden gecombineerd met beeldvorming met één pixel om een ​​computationeel hyperspectraal beeldvormingssysteem te creëren, zegt Zhao, die werkt in de Rochester onderzoeksgroep van Robert Boyd, hoogleraar optica. Het systeem kan de detectie en analyse van beelden op brede frequentiebanden aanzienlijk versnellen. Dit kan vooral handig zijn voor medische toepassingen, waar detectie van niet-zichtbaar licht afkomstig van menselijk weefsel op verschillende golflengten kan wijzen op aandoeningen zoals hoge bloeddruk.

"Door onze techniek te koppelen aan beeldvorming met één pixel in het ruimtelijke domein, we kunnen binnen een paar seconden een goed hyperspectraal beeld hebben. Dat is veel sneller dan wat mensen eerder hebben gedaan, ' Zegt Zhao.