Forskning kan føre til sikkerhedsscannere, der er i stand til at opdage sprængstoffer

Ved hjælp af et enkelt pixel kamera og Terahertz elektromagnetiske bølger, et team af fysikere ved University of Sussex har udarbejdet en plan, der kan føre til udvikling af lufthavnsscannere, der er i stand til at detektere sprængstoffer.

Frøken Luana Olivieri, Ph.d. studerende og Dr. Juan Sebastian Totero Gongora, en forsker i eksperimentel fotonik fra Emergent Photonics Lab instrueret af professor Marco Peccianti og Dr. Alessia Pasquazi, har fundet en innovativ måde at fange med høj nøjagtighed, ikke kun formen på et objekt, men også dens kemiske sammensætning ved hjælp af et specielt "enkeltpunktskamera", der kan fungere ved Terahertz (THz) frekvenser.

Selvom deres arbejde for det meste er teoretisk på dette stadie-de introducerede et nyt billedkoncept ved navn Nonlinear Ghost Imaging-har deres evne til at fange et mere detaljeret billede til tidligere undersøgelser givet dem en prestigefyldt forside i det videnskabelige tidsskrift, ACS Photonics .

Dr. Juan Sebastian Totero Gongora sagde:"Vores fremgangsmåde frembringer en ny billedtype, som er ganske anderledes end hvad du ville få fra et standard single-pixel kamera, da det giver meget mere information om objektet. Sammenlignet med tidligere enkelt pixel billeder, Vi demonstrerede også, at vores opløsning i sagens natur er højere. "

Liggende mellem mikrobølger og infrarød i det elektromagnetiske spektrum, Terahertz -stråling har en meget større bølgelængde til synligt lys. Det kan let trænge igennem flere almindelige materialer som papir, tøj og plast, der fører til udviklingen af ​​teknologi inden for sikkerhedsscanning og fremstillingskontrol, som gør det muligt for folk at se indvendige genstande og indpakning.

Strålingen fremkalder imidlertid en anden reaktion fra biologiske prøver, tillader forskere at klassificere materialer, der næsten ikke kan skelnes med synligt lys.

Forskere mener, at THz -bølger kan have et enormt potentiale i at udvikle kritiske applikationer såsom eksplosivdetektering, medicinsk diagnostik, kvalitetskontrol i fremstilling og fødevaresikkerhed.

Udfordringen, imidlertid, ligger i udviklingen af ​​pålidelige og omkostningseffektive kameraer samt evnen til at identificere objekter, der er mindre end bølgelængden.

Men, ved at tage en anden tilgang til tidligere undersøgelser på dette område, teamet i Emergent Photonics Lab har muligvis fundet en måde at overvinde disse begrænsninger på.

Mens tidligere forskning har belyst objekter med mange mønstre af laserlys i kun en farve for at udtrække et billede, forskerne belyste et objekt med mønstre af THz -lys, der indeholder et bredt spektrum af farver.

Et enkelt pixelkamera (frem for et standardkamera, der indeholder flere pixels, som sælges på hovedgaden) kan fange lyset, der reflekteres af objektet for hvert mønster. I teamets undersøgelse, de fandt ud af, at kameraet kan registrere, hvordan lyspulsen ændres i tide af objektet (selvom THz -pulsen er en ekstremt kort begivenhed). Ved at kombinere denne information med mønstrernes kendte form, objektets form og dens natur afsløres.

Teknikken kan huske den måde, hjernen udvikler forståelse i synet på ved at fokusere separat på forskellige elementer og derefter fusionere den relevante information.

Professor Marco Peccianti tilføjede:"Dette er en virkelig vigtig udvikling, og det er vi virkelig glade for ACS Photonics besluttede at lede med vores forskning på deres forside. Tidligere tilgange til THz single-pixel kameraer kan ikke bevare den komplette information om et objekt, men vi forstod, hvor problemet lå og identificerede en måde at udtrække et mere komplet billede.

"Vi håber, at et lignende system som vores kunne bruges i virkelige applikationer inden for biologi, medicin og sikkerhed til at bestemme den kemiske sammensætning af et objekt og dets rumlige fordeling på bare et trin. "

Teamets resultater er en betydelig forbedring af etablerede teknologier og kan have en enorm indflydelse ud over feltet THz -kameraer.

For eksempel, deres teknik kunne bruges til at designe kameraer i høj opløsning i andre frekvensområder, som derefter kunne blive en del af teknologien til kollisionssensorer, kropscanner eller ultrahurtige radarer til selvkørende biler.

Forskerne følger nu op på deres forskning, som i høj grad er baseret på simuleringer, at eksperimentelt demonstrere deres enhed.

'Time-Resolved Nonlinear Ghost Imaging af Luana Olivieri, Juan S. Totero Gongora, Alessia Pasquazi og Marco Peccianti blev offentliggjort i ACS Photonics den 15. august 2018.