Schema del setup sperimentale che mostra un gate temporale fan out (TFO) rappresentato dal riquadro tratteggiato giallo, che include un dispositivo digitale a microspecchi. La direzione di propagazione dell'impulso ultraveloce in ingresso preparato, originario della casella tratteggiata blu, è mostrato in rosa. Le linee rosso scuro rappresentano il corrispondente fronte dell'impulso. Attestazione:Jiapeng Zhao
Quando guardiamo un oggetto con i nostri occhi, o con una macchina fotografica, possiamo raccogliere automaticamente abbastanza pixel di luce a lunghezze d'onda visibili per avere un'immagine chiara di ciò che vediamo.
Però, per visualizzare un oggetto o un fenomeno quantistico in cui l'illuminazione è debole, o proveniente da lunghezze d'onda non visibili dell'infrarosso o del lontano infrarosso, gli scienziati hanno bisogno di strumenti molto più sensibili. Per esempio, hanno sviluppato l'imaging a pixel singolo nel dominio spaziale come un modo per impacchettare e strutturare spazialmente il maggior numero possibile di fotoni su un singolo rilevatore di pixel e quindi creare un'immagine utilizzando algoritmi di calcolo.
Allo stesso modo, nel dominio del tempo, quando un segnale ultraveloce sconosciuto è debole, o nelle lunghezze d'onda dell'infrarosso o del lontano infrarosso, la capacità dell'imaging a pixel singolo di visualizzarlo è ridotta. Basandosi sulla dualità spazio-temporale degli impulsi luminosi, I ricercatori dell'Università di Rochester hanno sviluppato una tecnica di imaging a pixel singolo nel dominio del tempo, descritto in ottica , che risolve questo problema, rilevamento di 5 impulsi di luce ultraveloci femtojoule con una dimensione di campionamento temporale fino a 16 femtosecondi. Questa analogia nel dominio del tempo dell'imaging a pixel singolo mostra vantaggi simili alle sue controparti spaziali:una buona efficienza di misurazione, un'elevata sensibilità, robustezza contro le distorsioni temporali e la compatibilità a più lunghezze d'onda.
L'autore principale Jiapeng Zhao, un dottorato di ricerca studente di ottica presso l'Università di Rochester, afferma che le possibili applicazioni includono uno strumento spettrografico altamente accurato, dimostrato di ottenere una precisione del 97,5% nell'identificazione dei campioni utilizzando una rete neurale convoluzionale con questa tecnica.
Confronto di immagini a pixel singolo, a sinistra, e l'imaging a pixel singolo nel dominio del tempo (TSPI) a destra. In una tipica configurazione di imaging a pixel singolo, il rivelatore a fotodiodo ha un solo pixel e quindi non fornisce risoluzione spaziale. In TPSI, il fotodiodo, che non ha la larghezza di banda temporale per risolvere da solo i segnali ultraveloci, funziona come rivelatore "single-pixel" nel dominio del tempo e viene utilizzato in combinazione con un cancello di fan-out temporale programmabile basato su un dispositivo digitale a microspecchi. Attestazione:Jiapeng Zhao
La tecnica può anche essere combinata con l'imaging a pixel singolo per creare un sistema di imaging iperspettrale computazionale, dice Zhao, che lavora nel gruppo di ricerca di Rochester di Robert Boyd, professore di ottica. Il sistema può velocizzare notevolmente il rilevamento e l'analisi delle immagini su ampie bande di frequenza. Questo potrebbe essere particolarmente utile per applicazioni mediche, dove il rilevamento di luce non visibile proveniente dal tessuto umano a diverse lunghezze d'onda può indicare disturbi come l'ipertensione.
"Accoppiando la nostra tecnica con l'imaging a pixel singolo nel dominio spaziale, possiamo avere una buona immagine iperspettrale in pochi secondi. È molto più veloce di quello che le persone hanno fatto prima, " dice Zhao.
