Utilizzando una fotocamera a pixel singolo e onde elettromagnetiche Terahertz, un team di fisici dell'Università del Sussex ha ideato un progetto che potrebbe portare allo sviluppo di scanner aeroportuali in grado di rilevare gli esplosivi.

signorina Luana Olivieri, dottorato di ricerca studente e il dottor Juan Sebastian Totero Gongora, un Assegnista di Ricerca in Fotonica Sperimentale del Laboratorio di Fotonica Emergente diretto dal Prof. Marco Peccianti e dalla Dott.ssa Alessia Pasquazi, hanno trovato un modo innovativo per catturare con elevata precisione, non solo la forma di un oggetto, ma anche la sua composizione chimica utilizzando una speciale telecamera "single point" in grado di operare a frequenze Terahertz (THz).

Sebbene il loro lavoro sia per lo più teorico in questa fase - hanno introdotto un nuovo concetto di imaging chiamato Nonlinear Ghost Imaging - la loro capacità di catturare un'immagine più dettagliata rispetto a studi precedenti ha portato loro una prestigiosa prima pagina della rivista scientifica, Fotonica ACS .

Il Dr. Juan Sebastian Totero Gongora ha dichiarato:"Il nostro approccio produce un nuovo tipo di immagine che è molto diverso da quello che si otterrebbe da una fotocamera standard a pixel singolo in quanto fornisce molte più informazioni sull'oggetto. Rispetto alle precedenti immagini a pixel singolo, abbiamo anche dimostrato che la nostra risoluzione è intrinsecamente più alta."

Trovandosi tra le microonde e gli infrarossi nello spettro elettromagnetico, La radiazione terahertz ha una lunghezza d'onda molto più grande della luce visibile. Può facilmente penetrare in diversi materiali comuni come carta, vestiti e plastica portando allo sviluppo della tecnologia nell'ambito della scansione di sicurezza e del controllo della produzione che consente alle persone di vedere all'interno di oggetti e involucri.

La radiazione provoca però una risposta diversa dai campioni biologici, consentendo ai ricercatori di classificare materiali quasi indistinguibili con la luce visibile.

Gli scienziati ritengono che le onde THz potrebbero avere un enorme potenziale nello sviluppo di applicazioni critiche come il rilevamento di esplosivi, diagnostica medica, controllo di qualità nella produzione e sicurezza alimentare.

La sfida, però, risiede nello sviluppo di telecamere affidabili ed economiche, nonché nella capacità di identificare oggetti più piccoli della lunghezza d'onda.

Ma, adottando un approccio diverso rispetto agli studi precedenti in questo campo, il team dell'Emergent Photonics Lab potrebbe aver trovato un modo per superare queste limitazioni.

Mentre la ricerca precedente ha illuminato oggetti con molti modelli di luce laser in un solo colore per estrarre un'immagine, i ricercatori hanno illuminato un oggetto con modelli di luce THz che contengono un ampio spettro di colori.

Una fotocamera a pixel singolo (piuttosto che una standard contenente più pixel come venduta sulla strada principale) può catturare la luce riflessa dall'oggetto per ogni motivo. Nello studio del gruppo, hanno scoperto che la telecamera può rilevare come l'impulso di luce viene alterato nel tempo dall'oggetto (anche se l'impulso THz è un evento estremamente breve). Combinando queste informazioni con la forma nota dei modelli, si rivela la forma dell'oggetto e la sua natura.

La tecnica può ricordare il modo in cui il cervello sviluppa la comprensione nella visione concentrandosi separatamente su diversi elementi e quindi fondendo le informazioni rilevanti.

Il professor Marco Peccianti ha aggiunto:"Questo è uno sviluppo davvero significativo e siamo davvero felici che Fotonica ACS deciso di condurre con la nostra ricerca sulla loro copertina. I precedenti approcci alle fotocamere THz a pixel singolo non possono preservare le informazioni complete su un oggetto, ma abbiamo capito dove stava il problema e identificato un modo per estrarre un'immagine più completa.

"Speriamo che un sistema simile al nostro possa essere utilizzato in applicazioni reali in biologia, medicina e sicurezza per determinare la composizione chimica di un oggetto e la sua distribuzione spaziale in un solo passaggio."

I risultati del team rappresentano un notevole miglioramento rispetto alle tecnologie consolidate e potrebbero avere un enorme impatto oltre il campo delle telecamere THz.

Ad esempio, la loro tecnica potrebbe essere utilizzata per progettare telecamere ad alta risoluzione in altre gamme di frequenza che potrebbero poi diventare parte della tecnologia per i sensori di collisione, body scanner o radar ultrarapidi per auto a guida autonoma.

I ricercatori stanno ora continuando la loro ricerca, che si basa in gran parte su simulazioni, per dimostrare sperimentalmente il loro dispositivo.

'Immagini di fantasmi non lineari risolti nel tempo di Luana Olivieri, Juan S. Totero Gongora, Alessia Pasquazi e Marco Peccianti è stato pubblicato su Fotonica ACS il 15 agosto 2018.