Los investigadores han demostrado que se puede utilizar una técnica de inspiración cuántica para realizar imágenes LiDAR con una resolución de profundidad mucho mayor que la que es posible con los enfoques convencionales. LiDAR, que utiliza pulsos de láser para adquirir información 3D sobre una escena u objeto, suele ser más adecuado para obtener imágenes de objetos grandes, como características topográficas o estructuras construidas, debido a su resolución de profundidad limitada.

"Aunque LiDAR se puede usar para obtener imágenes de la forma general de una persona, por lo general no captura detalles más finos, como los rasgos faciales", dijo Ashley Lyons, líder del equipo de investigación de la Universidad de Glasgow en el Reino Unido. "Al agregar una resolución de profundidad adicional, nuestro enfoque podría capturar suficientes detalles para no solo ver los rasgos faciales sino también las huellas dactilares de alguien".

En Óptica Express , Lyons y el primer autor, Robbie Murray, describen la nueva técnica, a la que denominan imágenes LiDAR de interferencia de dos fotones. Demuestran que puede distinguir superficies reflectantes a menos de 2 milímetros de distancia y crear imágenes 3D de alta resolución con resolución de escala micrométrica.

"Este trabajo podría conducir a una resolución de imágenes en 3D mucho más alta de lo que es posible ahora, lo que podría ser útil para el reconocimiento facial y las aplicaciones de seguimiento que involucran características pequeñas", dijo Lyons. "Para un uso práctico, el LiDAR convencional podría usarse para tener una idea aproximada de dónde podría estar un objeto y luego el objeto podría medirse cuidadosamente con nuestro método".

Uso de luz entrelazada clásica

La nueva técnica utiliza interferometría "inspirada cuánticamente", que extrae información de la forma en que dos haces de luz interfieren entre sí. Los pares de fotones entrelazados, o luz cuántica, se utilizan a menudo para este tipo de interferometría, pero los enfoques basados ​​en el entrelazamiento de fotones tienden a funcionar mal en situaciones con altos niveles de pérdida de luz, que casi siempre es el caso de LiDAR. Para superar este problema, los investigadores aplicaron lo que aprendieron de la detección cuántica a la luz clásica (no cuántica).

"Con los fotones cuánticos entrelazados, solo se pueden generar tantos pares de fotones por unidad de tiempo antes de que la configuración se vuelva técnicamente muy exigente", dijo Lyons. "Estos problemas no existen con la luz clásica y es posible sortear las grandes pérdidas aumentando la potencia del láser".

Cuando dos fotones idénticos se encuentran en un divisor de haz al mismo tiempo, siempre se unirán, o se enredarán, y se irán en la misma dirección. La luz clásica muestra el mismo comportamiento pero en menor grado:la mayoría de las veces los fotones clásicos van en la misma dirección. Los investigadores utilizaron esta propiedad de la luz clásica para cronometrar con mucha precisión la llegada de un fotón observando cuándo dos fotones llegan simultáneamente a los detectores.

Mejora de la resolución de profundidad

"La información de tiempo nos brinda la capacidad de realizar un rango de profundidad al enviar uno de esos fotones a la escena 3D y luego medir el tiempo que tarda ese fotón en regresar", dijo Lyons. "Por lo tanto, el LiDAR de interferencia de dos fotones funciona de manera muy similar al LiDAR convencional, pero nos permite cronometrar con mayor precisión el tiempo que tarda ese fotón en llegar al detector, lo que se traduce directamente en una mayor resolución de profundidad".

Los investigadores demostraron la alta resolución de profundidad del LiDAR de interferencia de dos fotones usándolo para detectar las dos superficies reflectantes de una pieza de vidrio de unos 2 milímetros de espesor. LiDAR tradicional no podría distinguir estas dos superficies, pero los investigadores pudieron medir claramente las dos superficies. También utilizaron el nuevo método para crear un mapa 3D detallado de una moneda de 20 peniques con una resolución de profundidad de 7 micras. Esto muestra que el método podría capturar el nivel de detalle necesario para diferenciar rasgos faciales clave u otras diferencias entre personas.

El LiDAR de interferencia de dos fotones también funciona muy bien a nivel de un solo fotón, lo que podría mejorar los enfoques de imágenes más complejos utilizados para imágenes sin línea de visión o imágenes a través de medios de alta dispersión.

Actualmente, adquirir las imágenes lleva mucho tiempo porque requiere escanear las tres dimensiones espaciales. Los investigadores están trabajando para acelerar este proceso al reducir la cantidad de escaneo necesario para adquirir información 3D. + Explora más

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