Le tecnologie emergenti per l’imaging non in linea di vista possono rilevare oggetti anche se si trovano dietro un angolo o dietro un muro. In un nuovo lavoro, i ricercatori utilizzano un nuovo tipo di rilevatore per estendere questo metodo dalla luce visibile alle lunghezze d'onda del vicino e medio infrarosso, un progresso che potrebbe essere particolarmente utile per veicoli senza pilota, visione robotica, endoscopia e altre applicazioni.
"L'imaging a infrarossi senza linea di vista può migliorare la sicurezza e l'efficienza dei veicoli senza pilota aiutandoli a rilevare e aggirare ostacoli che non sono direttamente visibili", ha affermato Xiaolong Hu dell'Università di Tianjin in Cina. La sua squadra ha collaborato con un gruppo guidato da Jingyu Yang, anche lui dell'Università di Tianjin. "L'uso delle lunghezze d'onda del vicino infrarosso potrebbe anche aiutare a ridurre i problemi di sicurezza degli occhi e ad abbassare il rumore di fondo, consentendo potenzialmente l'imaging su distanze più lunghe durante il giorno."
In Ottica Express , i ricercatori descrivono la prima dimostrazione di imaging non in linea di vista utilizzando un componente avanzato di rilevamento della luce noto come rilevatore di fotone singolo nanofilo superconduttore. Questo rilevatore mostra una sensibilità a fotone singolo dai raggi X alle lunghezze d'onda del medio infrarosso, consentendo ai ricercatori di estendere la gamma spettrale della tecnica di imaging alle lunghezze d'onda del vicino e medio infrarosso di 1560 e 1997 nm. I ricercatori hanno inoltre sviluppato un nuovo algoritmo per migliorare ulteriormente le immagini ottenute dal sistema.
"Questa dimostrazione di principio apre le porte a maggiori opportunità di ricerca e potenziali applicazioni", ha affermato Hu. "Spostare l'imaging non in linea di vista verso le lunghezze d'onda del medio infrarosso apporta vantaggi per molte applicazioni. Oltre a migliorare la navigazione per robot e veicoli, potrebbe anche migliorare il rapporto segnale-rumore per l'imaging biologico."
Le tecnologie di imaging senza linea di vista utilizzano fotorilevatori per rilevare più raggi di luce riflessa emessi o riflessi da oggetti al di fuori della linea di vista. A differenza delle tradizionali tecniche di imaging in linea di vista come LiDAR e la fotografia, la luce rilevata per l’imaging senza linea di vista è molto debole. Ciò richiede rilevatori ad altissima sensibilità.
"Abbiamo progettato e realizzato un rilevatore di fotone singolo nanofilo superconduttore che agisce come un occhio molto sensibile per vedere un oggetto nascosto dietro un angolo", ha detto Hu. "Questo rilevatore supera gli altri rilevatori a fotone singolo in termini di efficienza di rilevamento negli intervalli spettrali del vicino e medio infrarosso, il che ha reso possibile eseguire immagini non in linea di vista a lunghezze d'onda maggiori."
I rilevatori di fotoni singoli nanofili superconduttori si basano sul fatto che un singolo fotone interrompe la superconduttività. Ciò crea un cambiamento misurabile nella resistenza elettrica che consente il rilevamento di singoli fotoni con alta efficienza. Nel nuovo lavoro, i ricercatori hanno creato un rilevatore di fotone singolo con nanofili larghi 40 nm disposti in uno schema frattale.
Questo modello, che presenta forme simili a vari ingrandimenti, rende possibile rilevare efficacemente i fotoni in tutte le polarizzazioni. Il rilevatore è stato raffreddato a ~2 K (appena sopra lo zero assoluto), necessario per ottenere la superconduttività.
Dopo aver dimostrato che il loro rilevatore superconduttore a fotone singolo nanofilo mostrava una migliore risoluzione temporale e un rumore inferiore rispetto a un diodo a valanga a fotone singolo InGaAs/InP, i ricercatori hanno utilizzato il nuovo rilevatore per acquisire immagini non in linea di vista sia a 1560 che a 1997 nm . Hanno raggiunto una risoluzione spaziale inferiore a 2 cm per entrambe le lunghezze d'onda. Hanno anche dimostrato che le immagini ricostruite utilizzando il loro nuovo algoritmo avevano un errore quadratico medio significativamente inferiore (una misura della deviazione dall'immagine ideale) rispetto a quelle ricostruite utilizzando altri metodi.
I ricercatori stanno ora lavorando per estendere il loro lavoro esplorando altre lunghezze d’onda di interesse ed esaminando come la disposizione di più rilevatori di fotoni singoli nanofili superconduttori in array potrebbe consentire funzionalità aggiuntive. Vogliono anche sperimentare l'utilizzo del loro nuovo sistema per ottenere immagini fuori dalla linea di vista su distanze più lunghe durante il giorno.
Ulteriori informazioni: Yifan Feng et al, Imaging non in linea di vista a lunghezze d'onda infrarosse utilizzando un rilevatore di fotone singolo nanofilo superconduttore, Optics Express (2023). DOI:10.1364/OE.497802
Informazioni sul giornale: Ottica Express
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