Las tecnologías emergentes para imágenes sin línea de visión pueden detectar objetos incluso si están a la vuelta de una esquina o detrás de una pared. En un nuevo trabajo, los investigadores utilizan un nuevo tipo de detector para extender este método de la luz visible a longitudes de onda del infrarrojo cercano y medio, un avance que podría ser especialmente útil para vehículos no tripulados, visión robótica, endoscopia y otras aplicaciones.
"Las imágenes infrarrojas sin línea de visión pueden mejorar la seguridad y la eficiencia de los vehículos no tripulados al ayudarlos a detectar y sortear obstáculos que no son directamente visibles", dijo Xiaolong Hu de la Universidad de Tianjin en China. Su equipo colaboró con un grupo liderado por Jingyu Yang, también de la Universidad de Tianjin. "El uso de longitudes de onda del infrarrojo cercano también podría ayudar a reducir los problemas de seguridad ocular y reducir el ruido de fondo, lo que podría permitir obtener imágenes a distancias más largas durante el día".
En Óptica Express , los investigadores describen la primera demostración de imágenes sin línea de visión utilizando un componente avanzado de detección de luz conocido como detector de fotón único de nanocables superconductores. Este detector exhibe sensibilidad de fotón único desde rayos X hasta longitudes de onda del infrarrojo medio, lo que permite a los investigadores ampliar el rango espectral de la técnica de imágenes a las longitudes de onda del infrarrojo cercano y medio de 1560 y 1997 nm. Los investigadores también desarrollaron un nuevo algoritmo para mejorar aún más las imágenes obtenidas por el sistema.
"Esta demostración de prueba de principio abre las puertas a más oportunidades de investigación y aplicaciones potenciales", afirmó Hu. "Mover imágenes sin línea de visión hacia longitudes de onda del infrarrojo medio aporta ventajas para muchas aplicaciones. Además de mejorar la navegación para robots y vehículos, también podría mejorar la relación señal-ruido para imágenes biológicas". P>
Las tecnologías de imágenes sin línea de visión utilizan fotodetectores para detectar múltiples rayos de luz reflejada emitidos o reflejados por objetos fuera de la línea de visión. A diferencia de las técnicas tradicionales de imágenes con línea de visión, como LiDAR y la fotografía, la luz detectada para imágenes sin línea de visión es muy tenue. Esto requiere detectores de muy alta sensibilidad.
"Diseñamos y fabricamos un detector de fotón único de nanocables superconductor que actúa como un ojo muy sensible para ver un objeto escondido en una esquina", dijo Hu. "Este detector supera a otros detectores de fotón único en términos de eficiencia de detección en los rangos espectrales del infrarrojo cercano y medio, lo que hizo posible realizar imágenes sin línea de visión en longitudes de onda más largas".
Los detectores de fotón único de nanocables superconductores se basan en el hecho de que un solo fotón alterará la superconductividad. Esto crea un cambio mensurable en la resistencia eléctrica que permite la detección de fotones individuales con alta eficiencia. En el nuevo trabajo, los investigadores crearon un detector de fotón único con nanocables de 40 nm de ancho dispuestos en un patrón fractal.
Este patrón, que presenta formas similares con varios aumentos, permite detectar fotones de forma eficaz en todas las polarizaciones. El detector se enfrió a ~2 K (justo por encima del cero absoluto), lo que se requiere para lograr la superconductividad.
Después de demostrar que su detector de fotón único de nanocables superconductores exhibía una mejor resolución de sincronización y menor ruido que un diodo de avalancha de fotón único de InGaAs/InP, los investigadores utilizaron el nuevo detector para adquirir imágenes sin línea de visión tanto a 1560 como a 1997 nm. . Lograron una resolución espacial de menos de 2 cm para ambas longitudes de onda. También demostraron que las imágenes reconstruidas usando su nuevo algoritmo tenían un error cuadrático medio significativamente menor (una medida de la desviación de la imagen ideal) que aquellas reconstruidas usando otros métodos.
Los investigadores ahora están trabajando para ampliar su trabajo explorando otras longitudes de onda de interés y examinando cómo la disposición de múltiples detectores de fotón único de nanocables superconductores en matrices podría permitir capacidades adicionales. También quieren experimentar con el uso de su nuevo sistema para lograr imágenes sin línea de visión en distancias más largas durante el día.
Más información: Yifan Feng et al, Imágenes sin línea de visión en longitudes de onda infrarrojas utilizando un detector de fotón único de nanocables superconductores, Optics Express (2023). DOI:10.1364/OE.497802
Información de la revista: Óptica Express
Proporcionado por Óptica
