Science >> Wetenschap >  >> Fysica

Onderzoekers breiden niet-zichtlijnbeelden uit naar langere golflengten

Beeldvorming zonder zichtlijn kan objecten detecteren, zelfs als deze zich achter een muur bevinden. Onderzoekers hebben deze methode nu uitgebreid van zichtbare golflengten naar het nabije en midden-infrarode gebied. Credit:Xiaolong Hu, Tianjin Universiteit

Opkomende technologieën voor beeldvorming zonder zichtlijn kunnen objecten detecteren, zelfs als ze zich om een ​​hoek of achter een muur bevinden. In nieuw werk gebruiken onderzoekers een nieuw type detector om deze methode uit te breiden van zichtbaar licht naar nabije en midden-infrarode golflengten, een vooruitgang die vooral nuttig zou kunnen zijn voor onbemande voertuigen, robotvisie, endoscopie en andere toepassingen.



"Infraroodbeelden zonder gezichtslijn kunnen de veiligheid en efficiëntie van onbemande voertuigen verbeteren door hen te helpen obstakels te detecteren en er omheen te navigeren die niet direct zichtbaar zijn", zegt Xiaolong Hu van de Tianjin Universiteit in China. Zijn team werkte samen met een groep onder leiding van Jingyu Yang, eveneens van de Tianjin Universiteit. "Het gebruik van nabij-infrarode golflengten kan ook helpen de zorgen over de oogveiligheid te verminderen en het achtergrondgeluid te verminderen, waardoor mogelijk overdag beeldvorming over langere afstanden mogelijk is."

In Optica Express beschrijven de onderzoekers de eerste demonstratie van non-line-of-sight-beeldvorming met behulp van een geavanceerde lichtgevoelige component die bekend staat als een supergeleidende nanodraad-single-photon-detector. Deze detector vertoont een gevoeligheid voor één foton van röntgenstraling tot de midden-IR-golflengten, waardoor onderzoekers het spectrale bereik van de beeldtechniek kunnen uitbreiden tot de nabije en midden-infrarode golflengten van 1560 en 1997 nm. De onderzoekers ontwikkelden ook een nieuw algoritme om de door het systeem verkregen beelden verder te verbeteren.

"Deze proof-of-principle-demonstratie opent deuren voor meer onderzoeksmogelijkheden en potentiële toepassingen", aldus Hu. "Het verplaatsen van niet-zichtlijnbeelden naar de midden-infrarode golflengten biedt voordelen voor veel toepassingen. Naast het verbeteren van de navigatie voor robots en voertuigen, zou het ook de signaal-ruisverhouding voor biologische beeldvorming kunnen verbeteren." P>

Een gevoelig oog creëren

Niet-zichtlijnbeeldvormingstechnologieën maken gebruik van fotodetectoren om meerdere stralen van gereflecteerd licht te detecteren die worden uitgezonden of gereflecteerd door objecten buiten de zichtlijn. In tegenstelling tot traditionele beeldvormingstechnieken zoals LiDAR en fotografie, is het licht dat wordt gedetecteerd bij beeldvorming zonder zichtlijn erg zwak. Hiervoor zijn zeer gevoelige detectoren nodig.

De onderzoekers creëerden een supergeleidende nanodraad-enkel-fotondetector met nanodraden gerangschikt in een fractaal patroon, waardoor het spectrale bereik van de beeldvormingstechniek werd uitgebreid tot nabij- en midden-infraroodgolflengten. Credit:Xiaolong Hu, Tianjin Universiteit

"We hebben een supergeleidende nanodraad-enkele-fotondetector ontworpen en gemaakt die fungeert als een zeer gevoelig oog voor het zien van een object dat om een ​​hoek verborgen is", zegt Hu. "Deze detector presteert beter dan andere detectoren met één foton wat betreft detectie-efficiëntie in het nabije en midden-infrarode spectrale bereik, waardoor het mogelijk werd om niet-zichtlijnbeelden uit te voeren op langere golflengten."

Supergeleidende nanodraad-enkel-fotondetectoren zijn gebaseerd op het feit dat een enkel foton de supergeleiding zal verstoren. Hierdoor ontstaat een meetbare verandering in de elektrische weerstand, waardoor individuele fotonen met een hoog rendement kunnen worden gedetecteerd. In het nieuwe werk creëerden de onderzoekers een detector met één foton en nanodraden van 40 nm breed, gerangschikt in een fractaal patroon.

Dit patroon, dat bij verschillende vergrotingen vergelijkbare vormen vertoont, maakt het mogelijk om fotonen in alle polarisaties effectief te detecteren. De detector werd gekoeld tot ~2 K (net boven het absolute nulpunt), wat nodig is om supergeleiding te bereiken.

Beeld in het infrarood

Nadat ze hadden aangetoond dat hun supergeleidende nanodraad-detector voor één foton een betere timingresolutie en minder ruis vertoonde dan een InGaAs/InP-lawinediode met één foton, gebruikten de onderzoekers de nieuwe detector om niet-zichtlijnbeelden te verkrijgen bij zowel 1560 als 1997 nm . Ze bereikten voor beide golflengten een ruimtelijke resolutie van minder dan 2 cm. Ze toonden ook aan dat afbeeldingen die met behulp van hun nieuwe algoritme waren gereconstrueerd, een aanzienlijk lagere wortelgemiddelde-kwadratenfout hadden (een maatstaf voor de afwijking van het ideale beeld) dan afbeeldingen die met andere methoden waren gereconstrueerd.

De onderzoekers werken er nu aan om hun werk uit te breiden door andere interessante golflengten te onderzoeken en te onderzoeken hoe het rangschikken van meerdere supergeleidende nanodraad-enkele-fotondetectoren in arrays extra mogelijkheden zou kunnen bieden. Ze willen ook experimenteren met het gebruik van hun nieuwe systeem om overdag beelden te maken zonder zichtlijn over langere afstanden.

Meer informatie: Yifan Feng et al., Beeldvorming zonder zichtlijn op infrarode golflengten met behulp van een supergeleidende nanodraad-detector voor één foton, Optics Express (2023). DOI:10.1364/OE.497802

Journaalinformatie: Optica Express

Geleverd door Optica




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. nieuwe wegen, betere biobrandstoffen
  2. Officiële vishandel onderschat wereldwijde vangsten enorm
  3. Studies beoordelen de haalbaarheid van methoden voor de behandeling van afvalwater in de aquacultuur
  4. Codominantie: definitie, toelichting en voorbeeld
  5. Soorten monomeren
  6. Cowpea beschermd tegen een verwoestende plaag, gratis voor kleine Afrikaanse boeren
  7. Het unieke pentraxine-koolzuuranhydrase-eiwit reguleert het vermogen van vissen om te zwemmen
  8. Studie identificeert waarschijnlijke scenario's voor wereldwijde verspreiding van verwoestende gewasziekte
  9. Wit vlees of donker vlees? Big data serveren om het Thanksgiving-diner te ontcijferen

Wetenschap