Forskere demonstrerer ikke-destruktiv melleminfrarød billeddannelse ved hjælp af sammenfiltrede fotoner

Forskere har vist, at sammenfiltrede fotoner kan bruges til at forbedre penetrationsdybden af ​​optisk kohærens tomografi (OCT) i stærkt spredende materialer. Metoden repræsenterer en måde at udføre OLT med melleminfrarøde bølgelængder på og kan være nyttig til ikke-destruktiv testning og analyse af materialer såsom keramik og malingsprøver.

OCT er en ikke-destruktiv billeddannelsesmetode, der giver detaljerede 3D-billeder af strukturer under overfladen. OCT udføres typisk ved hjælp af synlige eller nær-infrarøde bølgelængder, fordi lyskilder og detektorer for disse bølgelængder er let tilgængelige. Imidlertid, disse bølgelængder trænger ikke særlig dybt ned i meget spredte eller meget porøse materialer.

I Optica , The Optical Society's (OSA) tidsskrift for forskning med stor indvirkning, Aron Vanselow og kolleger fra Humboldt-Universität zu Berlin i Tyskland, sammen med samarbejdspartnere på Research Center for Non-Destructive Testing GmbH i Østrig, demonstrere et proof-of-concept-eksperiment for melleminfrarødt OLT baseret på ultra-bredbåndsindviklede fotonpar. De viser, at denne fremgangsmåde kan producere 2-D og 3-D-billeder af høj kvalitet af meget spredte prøver ved hjælp af en relativt kompakt, ligetil optisk opsætning.

"Vores metode eliminerer behovet for bredbånds-mellem-infrarøde kilder eller detektorer, som har gjort det udfordrende at udvikle praktiske OLT -systemer, der arbejder ved disse bølgelængder, "sagde Vanselow." Det repræsenterer en af ​​de første virkelige applikationer, hvor sammenfiltrede fotoner er konkurrencedygtige med konventionel teknologi. "

Teknikken kan være nyttig til mange applikationer, herunder analyse af de komplekse laklag, der bruges på fly og biler eller overvågning af de belægninger, der anvendes på lægemidler. Det kan også levere detaljerede 3D-billeder, der ville være nyttige til kunstbevaring.

Udnytte kvantemekanikken

Når fotoner er viklet ind, de opfører sig som om de øjeblikkeligt kan påvirke hinanden. Dette kvantemekaniske fænomen er afgørende for mange kvanteteknologiske applikationer under udvikling, såsom kvantemåling, kvantekommunikation eller kvanteberegning.

For denne teknik, forskerne udviklede og patenterede en ikke -lineær krystal, der skaber bredbåndsfotonpar med meget forskellige bølgelængder. En af fotonerne har en bølgelængde, der let kan detekteres med standardudstyr, mens den anden foton er i midten af ​​infrarødt område, gør det svært at opdage. Når de svær at opdage fotoner belyser en prøve, de ændrer signalet på en måde, der kun kan måles ved hjælp af fotoner, der er let at opdage.

"Vores teknik gør det let at erhverve nyttige målinger ved det, der traditionelt er svært at håndtere bølgelængdeområde på grund af teknologiske udfordringer, "sagde Sven Ramelow, der udtænkte og vejledte forskningen. "I øvrigt, de lasere og optik, vi brugte, er ikke komplekse og er også mere kompakte, robust og omkostningseffektiv end dem, der bruges i nuværende mid-infrarøde OCT-systemer. "

Billeddannelse med mindre lys

For at demonstrere teknikken, forskerne bekræftede først, at ydelsen af ​​deres optiske opsætning matchede teoretiske forudsigelser. De fandt ud af, at de kunne bruge seks størrelsesordener mindre lys til at opnå det samme signal-støj-forhold som de få konventionelle mellem-infrarøde OCT-systemer, der for nylig er blevet udviklet.

"Vi var positivt overraskede over, at vi ikke så nogen støj i målingerne ud over selve lysets iboende kvantestøj, "sagde Ramelow." Dette forklarede også, hvorfor vi kan opnå et godt signal-til-støj-forhold med så lidt lys. "

Forskerne testede deres opsætning på en række prøver fra den virkelige verden, herunder meget spredte malingsprøver. De analyserede også to 900 mikron tykke aluminiumoxidkeramiske stakke indeholdende lasermalerede mikrokanaler. Midt-infrarød belysning gav forskerne mulighed for at fange dybdeinformation og skabe en fuldstændig 3-D rekonstruktion af kanalstrukturerne. Porerne i aluminiumoxidkeramik gør dette materiale nyttigt til lægemiddeltest og DNA -påvisning, men også meget spredt ved de bølgelængder, der traditionelt bruges til OLT.

Forskerne er allerede begyndt at samarbejde med partnere fra industrien og andre forskningsinstitutter om at udvikle et kompakt OCT -sensorhoved og et komplet system til en kommerciel pilotapplikation.