Por primera vez, Los investigadores han demostrado que el método de imágenes no convencional conocido como imágenes fantasma se puede realizar utilizando un método de bajo costo, Dispositivo de iluminación de luz basado en chip. Este importante paso hacia las imágenes fantasma basadas en chips podría hacer que el método de imágenes sea práctico para aplicaciones tales como imágenes biomédicas a escala de chip, detección de luz y rango (LIDAR), y dispositivos de detección de Internet de las cosas.

Existe un gran interés en las imágenes fantasma porque se pueden realizar con un detector de un solo píxel de bajo costo en lugar de un detector complejo, y normalmente caro, cámara. Cuando se combina con el enfoque computacional de detección comprimida, Las imágenes fantasma también pueden lograr una mayor sensibilidad y una imagen más rápida que los métodos tradicionales. especialmente en rangos de longitud de onda no visibles.

En la revista The Optical Society (OSA) Óptica Express , Investigadores de la Universidad de Tokio describen cómo reemplazaron un componente óptico voluminoso que se usa típicamente para imágenes fantasma con una matriz óptica en fase (OPA) basada en chips recientemente desarrollada que mide solo 4 por 4 milímetros.

"Si es de bajo costo, se comercializaron dispositivos de imagen de un solo chip que permitirían LIDAR de bajo costo, que es la tecnología de los coches autónomos, los drones y los robots autónomos utilizan para ver su entorno, "dijo Takuo Tanemura, quien dirigió el equipo de investigación. "También, pequeños dispositivos de imágenes podrían integrarse en los teléfonos inteligentes para permitir una mejor supervisión de la atención médica y las imágenes en 3-D ".

Más rápido, imágenes de menor costo

Las imágenes fantasma funcionan iluminando un objeto con patrones de motas aleatorias que cambian con el tiempo. La correlación de la potencia óptica transmitida (o reflejada) que viaja a través del objeto con la distribución de intensidad de los patrones de motas permite obtener una imagen del objeto.

Aunque este enfoque de imágenes se propuso hace más de 10 años, los voluminosos y lentos moduladores de luz espacial utilizados para generar los patrones de iluminación de moteado han mantenido la captura de imágenes fantasma en su mayoría restringida al laboratorio.

En el nuevo trabajo los investigadores superaron un desafío inherente a la aplicación de OPA a gran escala, que utilizan una serie de elementos de guía de ondas integrados ajustables para controlar la fase de la luz. En lugar de intentar alinear todas las fases ópticas con precisión, que es un desafío en la práctica, diseñaron un OPA en el que los elementos de control de fase operan aleatoriamente. Esto les permitió generar patrones de motas cambiantes al azar que eran perfectos para imágenes de fantasmas.

"En comparación con implementaciones anteriores de imágenes fantasma que utilizan moduladores de ondas de luz espaciales que eran grandes y lentos (normalmente operaban en el rango de kilohercios), el uso de una matriz en fase integrada es mucho más compacto y ofrece un menor costo, ", dijo Tanemura." Nuestro enfoque también tiene el potencial de alcanzar velocidades operativas superiores a gigahercios, o seis órdenes de magnitud más rápido que los enfoques basados ​​en SLM ".

Para crear el patrón de motas al azar, los investigadores aplicaron señales eléctricas aleatorias que cambiaban rápidamente a 128 elementos de cambio de fase integrados en el OPA. Demostraron imágenes en 2-D con más de 90 puntos que se pueden resolver en la dirección X (determinada por el número de desplazadores de fase) y 14 píxeles en la dirección Y (determinada por la cantidad de longitudes de onda probadas). Los resultados coincidieron bien con las predicciones teóricas.

Menor, LIDAR más barato

"Este tipo de dispositivo de imágenes podría ser particularmente útil para LIDAR, que actualmente produce imágenes en 3-D utilizando un espejo mecánico voluminoso para dirigir un rayo láser, "dijo Tanemura." Se estima que el costo, El tamaño y el tiempo de respuesta de LIDAR deben reducirse de 1 a 2 órdenes de magnitud para su implementación generalizada en automóviles que no son de lujo para el mercado masivo. Un dispositivo de imágenes fantasma a escala de chip podría lograr esto ".

Los investigadores seguirán trabajando para hacer que la nueva tecnología sea aún más práctica. Están experimentando con cambiadores de fase electroópticos que podrían aumentar el funcionamiento de OPA a velocidades superiores a los gigahercios. También planean aumentar aún más la velocidad de escaneo y les gustaría integrar todos los componentes ópticos en el mismo chip que el OPA para lograr imágenes 2-D y 3-D sin ningún componente fuera del chip.

"Si podemos integrar todos los componentes necesarios, incluyendo la fuente de luz y el detector, en un chip, entonces sería posible un dispositivo de imágenes fantasma de un solo chip, "dijo Tanemura.