Forskere kombinerer lasere og terahertz-bølger i kameraet, der ser usete detaljer

Et team af fysikere ved University of Sussex har med succes udviklet det første ikke-lineære kamera, der er i stand til at optage billeder i høj opløsning af det indre af faste genstande ved hjælp af terahertz (THz) stråling.

Ledet af professor Marco Peccianti fra Emergent Photonics (EPic) Lab, Luana Olivieri, Dr. Juan S. Totero Gongora og et team af forskerstuderende byggede en ny type THz-kamera, der er i stand til at detektere THz elektromagnetiske bølger med hidtil uset nøjagtighed.

Billeder fremstillet ved hjælp af THz-stråling kaldes 'hyperspektral', fordi billedet består af pixels, hver indeholder den elektromagnetiske signatur af objektet i det punkt.

Ligger mellem mikrobølger og infrarød i det elektromagnetiske spektrum, THz-stråling trænger let igennem materialer som papir, tøj og plastik på samme måde som røntgenstråler, men uden at være skadeligt. Det er sikkert at bruge med selv de mest delikate biologiske prøver. THz-billeddannelse gør det muligt at 'se' den molekylære sammensætning af objekter og skelne mellem forskellige materialer - såsom sukker og kokain, for eksempel.

Forklarer betydningen af ​​deres præstation, Prof Peccianti sagde:"Kerneudfordringen i THz-kameraer handler ikke om at indsamle et billede, men det handler om at bevare objektets spektrale fingeraftryk, der let kan ødelægges af din teknik. Det er her vigtigheden af ​​vores præstation ligger. Fingeraftrykket af alle detaljerne i billedet er bevaret på en sådan måde, at vi kan undersøge objektets beskaffenhed i detaljer. "

Indtil nu, kameraer, der var i stand til at optage et hyperspektralt billede, der bevarer alle de fine detaljer afsløret af THz-stråling, var ikke blevet anset for mulige.

EPic Lab-teamet brugte et enkelt-pixel kamera til at tage billeder af objekter med mønstre af THz-lys. Prototypen, de byggede, kan registrere, hvordan objektet ændrer forskellige mønstre af THz-lys. Ved at kombinere disse oplysninger med formen af ​​hvert originalt mønster, kameraet afslører billedet af et objekt såvel som dets kemiske sammensætning.

Kilder til THz-stråling er meget svage og hyperspektral billeddannelse havde, indtil nu, begrænset troskab. For at overvinde dette, Sussex-teamet skinnede en standardlaser på et unikt ikke-lineært materiale, der er i stand til at konvertere synligt lys til THz. Prototypekameraet skaber THz elektromagnetiske bølger meget tæt på prøven, ligner hvordan et mikroskop fungerer. Da THz-bølger kan bevæge sig gennem et objekt uden at påvirke det, de resulterende billeder afslører formen og sammensætningen af ​​objekter i tre dimensioner.

Dr. Totero Gongora sagde:"Dette er et stort skridt fremad, fordi vi har demonstreret, at alle de muligheder, vi har undersøgt i vores tidligere teoretiske forskning, ikke kun er gennemførlige, men vores kamera fungerer endnu bedre, end vi havde forventet. Mens vi bygger vores enhed, vi opdagede flere måder at optimere billeddannelsesprocessen på, og nu er teknologien stabil og fungerer godt. Den næste fase af vores forskning vil være at fremskynde billedrekonstruktionsprocessen og bringe os tættere på at anvende THz-kameraer til applikationer i den virkelige verden; som lufthavnssikkerhed, intelligente bilsensorer, kvalitetskontrol i fremstillingen og endda scannere til at opdage sundhedsproblemer som hudkræft."