3 Minute
Ideea antică a pinhole-ului, aplicată opticii laser moderne
Cercetătorii de la East China Normal University au reinventat un concept de imagistică vechi de secole, dezvoltând o cameră performantă, fără lentile, operând în infraroșu mediu (mid‑IR), capabilă să producă imagini clare 2D și 3D pe o distanță mare de focusare. În locul opticii tradiționale din sticlă, sistemul folosește un laser focalizat pentru a crea un "pinhole optic" într-un cristal neliniar, realizând simultan conversia luminii mid‑IR la lungimi de undă vizibile, ușor de detectat de senzorii obișnuiți pe siliciu.
De ce este important acest lucru
Lungimile de undă din infraroșu mediu oferă informații valoroase – semnături termice, detalii despre absorbția moleculară și alte indicii greu de observat în lumina vizibilă. Totuși, camerele convenționale mid‑IR sunt adesea voluminoase, zgomotoase, costisitoare sau necesită răcire criogenică. Noua abordare, fără lentile, promite o cale optică mai simplă, o profunzime câmp mult mai mare și reducerea zgomotului prin detecția cu upconversion, aspecte ce pot diminua costurile și consumul de energie în timp.
„Am dezvoltat o soluție sensibilă, fără lentile, ce oferă o profunzime de câmp și un câmp vizual mult mai mari față de sistemele tradiționale”, afirmă coordonatorul echipei, Heping Zeng. Colegul său, Kun Huang, adaugă că această tehnică poate fi extinsă spre domeniile infraroșu îndepărtat sau terahertz, unde fabricarea lentilelor clasice reprezintă încă o provocare majoră.
Cum funcționează
Un puls de laser ultrarapid sincronizat formează o apertură extrem de mică – un „pinhole optic” cu un radius de aproximativ 0,20 mm – în interiorul unui cristal neliniar special proiectat. Acest cristal realizează upconversion-ul: combină scena mid‑IR cu pulsul laser, transformând imaginea în lumină vizibilă. Grație structurii periodice chirpate cu care e realizat cristalul, acesta acceptă lumină din unghiuri largi, ceea ce duce la un câmp vizual extins și imagini fără distorsiuni.
Repere experimentale principale:
- Imagini mid‑IR clare la o lungime de undă de 3,07 μm
- Profunzime de câmp păstrată peste 35 cm
- Câmp vizual de peste 6 cm
- Imagini eficiente cu cel mult ~1,5 fotoni pe puls după filtrarea zgomotului
Moduri de imagistică 3D
Cercetătorii au demonstrat două metode 3D: reconstrucție time‑of‑flight folosind filtrarea pulsurilor ultrarapide pentru o precizie axială la nivel de micron, și o măsurare simplă a adâncimii pe baza a două imagini surprinse la distanțe ușor diferite. Ambele tehnici funcționează fără lentile convenționale și necesită un număr redus de fotoni.
Aplicații, avantaje și limite
Posibilele aplicații includ supravegherea nocturnă, inspecția industrială și monitorizarea mediului, acolo unde contrastul mid‑IR este esențial. Printre avantaje se numără: distorsiune minimă, profunzime de câmp mare, compatibilitate cu detectorii standard pe siliciu și reducerea intrinsecă a zgomotului datorită upconversion-ului.
Totuși, există limitări: actualele configurații implică lasere sincronizate voluminoase și cristale neliniare de laborator, astfel că sistemul se află deocamdată în stadiul de demonstrație experimentală. Echipa lucrează la creșterea eficienței conversiei, controlul dinamic al aperturii optice și dezvoltarea unor surse de lumină compacte, integrate, pentru a face această tehnologie mai accesibilă comercial.
Pe viitor, metoda ar putea facilita accesul la imagistică mid‑IR și terahertz fără lentile, ceea ce deschide noi opțiuni pentru senzori portabili, eficienți energetic, în securitate, producție și teledetecție.
Sursa: scitechdaily
Comentarii