I ricercatori hanno dimostrato che una tecnica di ispirazione quantistica può essere utilizzata per eseguire l'imaging LiDAR con una risoluzione di profondità molto più elevata rispetto a quanto è possibile con gli approcci convenzionali. LiDAR, che utilizza impulsi laser per acquisire informazioni 3D su una scena o un oggetto, è generalmente più adatto per l'imaging di oggetti di grandi dimensioni come elementi topografici o strutture costruite a causa della sua risoluzione di profondità limitata.

"Sebbene LiDAR possa essere utilizzato per immaginare la forma complessiva di una persona, in genere non cattura dettagli più fini come i tratti del viso", ha affermato Ashley Lyons, leader del team di ricerca dell'Università di Glasgow nel Regno Unito. "Aggiungendo una risoluzione di profondità extra, il nostro approccio potrebbe acquisire dettagli sufficienti non solo per vedere i lineamenti del viso ma anche le impronte digitali di qualcuno."

In Optics Express , Lyons e il primo autore Robbie Murray descrivono la nuova tecnica, che chiamano LiDAR di imaging con interferenza di due fotoni. Dimostrano che può distinguere le superfici riflettenti a meno di 2 millimetri di distanza e creare immagini 3D ad alta risoluzione con una risoluzione su scala micron.

"Questo lavoro potrebbe portare a immagini 3D con una risoluzione molto più elevata di quanto sia possibile ora, il che potrebbe essere utile per il riconoscimento facciale e le applicazioni di tracciamento che coinvolgono piccole caratteristiche", ha affermato Lyons. "Per un uso pratico, il LiDAR convenzionale potrebbe essere utilizzato per avere un'idea approssimativa di dove potrebbe essere un oggetto e quindi l'oggetto potrebbe essere misurato attentamente con il nostro metodo."

Utilizzare la classica luce aggrovigliata

La nuova tecnica utilizza l'interferometria "ispirata quantistica", che estrae informazioni dal modo in cui due fasci di luce interferiscono l'uno con l'altro. Per questo tipo di interferometria vengono spesso utilizzate coppie entangled di fotoni, o luce quantistica, ma gli approcci basati sull'entanglement dei fotoni tendono a funzionare male in situazioni con alti livelli di perdita di luce, come è quasi sempre il caso del LiDAR. Per superare questo problema, i ricercatori hanno applicato ciò che hanno appreso dal rilevamento quantistico alla luce classica (non quantistica).

"Con i fotoni quantistici entangled, è possibile generare solo così tante coppie di fotoni per unità di tempo prima che la configurazione diventi molto tecnicamente impegnativa", ha affermato Lyons. "Questi problemi non esistono con la luce classica ed è possibile aggirare le elevate perdite aumentando la potenza del laser."

Quando due fotoni identici si incontrano contemporaneamente in un divisore di raggio, si uniranno sempre insieme, o si intrecciano, e se ne andranno nella stessa direzione. La luce classica mostra lo stesso comportamento ma in misura minore:la maggior parte delle volte i fotoni classici vanno nella stessa direzione. I ricercatori hanno utilizzato questa proprietà della luce classica per cronometrare in modo molto preciso l'arrivo di un fotone osservando quando due fotoni arrivano contemporaneamente ai rivelatori.

Miglioramento della risoluzione della profondità

"Le informazioni sul tempo ci danno la possibilità di eseguire la gamma di profondità inviando uno di quei fotoni sulla scena 3D e quindi cronometrando il tempo necessario affinché quel fotone torni", ha affermato Lyons. "Quindi, il LiDAR con interferenza a due fotoni funziona in modo molto simile al LiDAR convenzionale, ma ci consente di stabilire con maggiore precisione il tempo impiegato da quel fotone per raggiungere il rivelatore, il che si traduce direttamente in una maggiore risoluzione della profondità."

I ricercatori hanno dimostrato l'elevata risoluzione dell'interferenza di due fotoni LiDAR utilizzandolo per rilevare le due superfici riflettenti di un pezzo di vetro di circa 2 millimetri di spessore. Il LiDAR tradizionale non sarebbe in grado di distinguere queste due superfici, ma i ricercatori sono stati in grado di misurare chiaramente le due superfici. Hanno anche utilizzato il nuovo metodo per creare una mappa 3D dettagliata di una moneta da 20 pence con una risoluzione di 7 micron di profondità. Ciò dimostra che il metodo potrebbe acquisire il livello di dettaglio necessario per differenziare le caratteristiche principali del viso o altre differenze tra le persone.

L'interferenza di due fotoni LiDAR funziona molto bene anche a livello di singolo fotone, il che potrebbe migliorare gli approcci di imaging più complessi utilizzati per l'imaging non in linea di vista o l'imaging attraverso supporti ad alta dispersione.

Attualmente, l'acquisizione delle immagini richiede molto tempo perché richiede la scansione di tutte e tre le dimensioni spaziali. I ricercatori stanno lavorando per rendere questo processo più veloce riducendo la quantità di scansione necessaria per acquisire informazioni 3D. + Esplora ulteriormente

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