A kutatók kiterjesztik a nem egyenes vonalú képalkotást a hosszabb hullámhosszok felé

A nem egyenes vonalú képalkotás feltörekvő technológiái akkor is képesek észlelni a tárgyakat, ha azok egy sarok mögött vagy a fal mögött vannak. Az új munkában a kutatók egy új típusú detektort használnak, hogy ezt a módszert a látható fényről a közeli és középső infravörös hullámhosszokra kiterjesztik, ami különösen hasznos lehet pilóta nélküli járművek, robotlátás, endoszkópia és egyéb alkalmazások esetében.

„Az infravörös, nem egyenes vonalú képalkotás javíthatja a pilóta nélküli járművek biztonságát és hatékonyságát azáltal, hogy segít észlelni és eligazodni a közvetlenül nem látható akadályokat” – mondta Hsziaolong Hu, a kínai Tiencsin Egyetem munkatársa. Csapata együttműködött a szintén Tiencsin Egyetemen dolgozó Jingyu Yang által vezetett csoporttal. “A közeli infravörös hullámhosszok használata segíthet csökkenteni a szem biztonságát és a háttérzajt is, ami nagyobb távolságra is lehetővé teheti a nappali képalkotást.”​

Az Optica Publishing Group folyóiratban, az Optics Expressben a kutatók leírják a no-line-of-sight képalkotás első bemutatását egy fejlett fényérzékelő komponenssel, amelyet szupravezető nanovezetékes egyfoton detektorként ismernek. Ez a detektor egyfoton érzékenységet mutat a röntgensugárzástól a középső IR hullámhosszig, így a kutatók kiterjeszthetik a képalkotó technika spektrális tartományát az 1560 és 1997 nm-es közeli és középső infravörös hullámhosszokra. A kutatók egy új algoritmust is kidolgoztak a rendszer által kapott képek további javítására.

„Ez az elvek bizonyítása több kutatási lehetőség és potenciális alkalmazás előtt nyit ajtót” – mondta Hu. „A nem egyenes vonalú képalkotásnak a középső infravörös hullámhosszok felé történő mozgatása számos alkalmazás számára előnyös. Amellett, hogy javítja a robotok és járművek navigációját, a biológiai képalkotás jel-zaj arányát is javíthatja.”

Érzékeny “szem” kialakítása

A no-line-of-sight képalkotó technológiák fotodetektorokat használnak a látóvonalon kívüli tárgyakról kibocsátott vagy visszavert fény több sugarának érzékelésére. Ellentétben a hagyományos vonalas képalkotási technikákkal, mint például a LiDAR és a fényképezés, a nem egyenes vonalú képalkotásnál észlelt fény nagyon halvány. Ehhez nagyon nagy érzékenységű detektorokra van szükség.

“Megterveztünk és elkészítettünk egy szupravezető nanovezetékes egyfoton detektort, amely nagyon érzékeny szemként működik a sarok mögött elrejtett tárgy meglátásakor” – mondta Hu. “Ez a detektor a közeli és a középső infravörös spektrum tartományban felülmúlja a többi egyfoton detektort, ami lehetővé tette a nem látótávolságú képalkotást hosszabb hullámhosszokon.”

A szupravezető nanoszálas egyfoton detektorok azon a tényen alapulnak, hogy egyetlen foton megzavarja a szupravezetést. Ez mérhető változást hoz létre az elektromos ellenállásban, amely lehetővé teszi az egyes fotonok nagy hatékonyságú detektálását. Az új munkában a kutatók egy fotondetektort hoztak létre 40 nm széles, fraktálmintázatba rendezett nanovezetékekkel. Ez a különböző nagyításoknál hasonló alakzatokat mutató mintázat lehetővé teszi a fotonok hatékony detektálását minden polarizációban. A detektort ~2 K-ra hűtöttük (az abszolút nulla fölé), ami szükséges a szupravezetés eléréséhez.

Képalkotás infravörösben

Miután bebizonyították, hogy a szupravezető nanovezetékes egyfoton detektoruk jobb időzítési felbontást és alacsonyabb zajt mutat, mint az InGaAs/InP egyfotonos dióda, a kutatók az új detektort használták nem látótávolságú képalkotáshoz 1560 és 1997 nm-en is. Mindkét hullámhosszon 2 cm-nél kisebb térbeli felbontást tudtak elérni. Azt is kimutatták, hogy az új algoritmusukkal rekonstruált képek szignifikánsan alacsonyabb négyzetes középhibával rendelkeznek – ez az ideális képtől való eltérés mértéke –, mint a más módszerekkel rekonstruált képeknél.

A kutatók most azon dolgoznak, hogy kiterjesszék munkájukat más érdekes hullámhosszok feltárásával, és megvizsgálják, hogyan tehetne lehetővé több szupravezető nanoszálas egyfoton detektor tömbökbe rendezése további lehetőségeket. Kísérletezni szeretnének új rendszerük használatával a nem látótávolságú képalkotások elérésére nagyobb távolságokon is a nap folyamán.