Esquemas de la configuración experimental que muestran una puerta de abanico temporal (TFO) representada por el cuadro de trazos amarillos, que incluye un dispositivo de microespejos digitales. La dirección de propagación del pulso ultrarrápido de entrada preparado, con origen en el cuadro de trazos azules, se muestra en rosa. Las líneas de color rojo oscuro representan el frente de pulso correspondiente. Crédito:Jiapeng Zhao
Cuando miramos un objeto con nuestros ojos, o con una camara, automáticamente podemos reunir suficientes píxeles de luz en longitudes de onda visibles para tener una imagen clara de lo que vemos.
Sin embargo, visualizar un objeto o fenómeno cuántico donde la iluminación es débil, o que emanan de longitudes de onda infrarrojas no visibles o infrarrojas lejanas, los científicos necesitan herramientas mucho más sensibles. Por ejemplo, han desarrollado imágenes de un solo píxel en el dominio espacial como una forma de empaquetar y estructurar espacialmente tantos fotones como sea posible en un solo detector de píxeles y luego crear una imagen utilizando algoritmos computacionales.
Similar, en el dominio del tiempo, cuando una señal ultrarrápida desconocida es débil, o en las longitudes de onda del infrarrojo o del infrarrojo lejano, se reduce la capacidad de visualización de imágenes de un solo píxel. Basado en la dualidad espacio-temporal de los pulsos de luz, Los investigadores de la Universidad de Rochester han desarrollado una técnica de imagen de un solo píxel en el dominio del tiempo, descrito en Optica , que resuelve este problema, detección de pulsos de luz ultrarrápidos de 5 femtojulios con un tamaño de muestreo temporal de hasta 16 femtosegundos. Esta analogía en el dominio del tiempo de la imagen de un solo píxel muestra ventajas similares a sus contrapartes espaciales:una buena eficiencia de medición, una alta sensibilidad, robustez frente a distorsiones temporales y compatibilidad en múltiples longitudes de onda.
El autor principal, Jiapeng Zhao, un doctorado estudiante de óptica en la Universidad de Rochester, dice que las posibles aplicaciones incluyen una herramienta espectrográfica de alta precisión, demostró lograr un 97,5 por ciento de precisión en la identificación de muestras utilizando una red neuronal convolucional con esta técnica.
Comparación de imágenes de un solo píxel, a la izquierda e imágenes de un solo píxel en el dominio del tiempo (TSPI) a la derecha. En una configuración típica de imagen de un solo píxel, el detector de fotodiodo tiene solo un píxel y, por lo tanto, no proporciona resolución espacial. En TPSI, el fotodiodo, que carece del ancho de banda temporal para resolver señales ultrarrápidas por sí mismo, funciona como el detector de "un solo píxel" en el dominio del tiempo y se utiliza junto con una puerta de abanico temporal programable basada en un dispositivo de microespejos digitales. Crédito:Jiapeng Zhao
La técnica también se puede combinar con imágenes de un solo píxel para crear un sistema de imágenes hiperespectrales computacional, dice Zhao, que trabaja en el grupo de investigación de Rochester de Robert Boyd, profesor de óptica. El sistema puede acelerar enormemente la detección y el análisis de imágenes en amplias bandas de frecuencia. Esto podría ser especialmente útil para aplicaciones médicas, donde la detección de luz no visible que emana del tejido humano en diferentes longitudes de onda puede indicar trastornos como la presión arterial alta.
"Al combinar nuestra técnica con imágenes de un solo píxel en el dominio espacial, podemos tener una buena imagen hiperespectral en unos pocos segundos. Eso es mucho más rápido de lo que la gente ha hecho antes, "Dice Zhao.
