Ny teknik fremskynder måling af ultrahurtige pulser

Når vi ser på en genstand med vores øjne, eller med et kamera, vi kan automatisk samle nok pixel af lys ved synlige bølgelængder til at have et klart billede af, hvad vi ser.

Imidlertid, at visualisere et kvanteobjekt eller et kvantefænomen, hvor belysningen er svag, eller kommer fra ikke-synlige infrarøde eller fjerninfrarøde bølgelængder, videnskabsmænd har brug for langt mere følsomme værktøjer. For eksempel, de har udviklet enkeltpixel-billeddannelse i det rumlige domæne som en måde at pakke og rumligt strukturere så mange fotoner som muligt på en enkelt pixeldetektor og derefter skabe et billede ved hjælp af beregningsalgoritmer.

Tilsvarende i tidsdomænet, når et ukendt ultrahurtigt signal enten er svagt, eller i de infrarøde eller langt infrarøde bølgelængder, evnen af ​​enkelt-pixel billeddannelse til at visualisere det er reduceret. Baseret på den rumlige og tidsmæssige dualitet af lysimpulser, University of Rochester forskere har udviklet en tidsdomæne single-pixel billedbehandlingsteknik, beskrevet i Optica , der løser dette problem, detekterer 5 femtojoule ultrahurtige lysimpulser med en tidsmæssig samplingstørrelse ned til 16 femtosekunder. Denne tidsdomæne-analogi af enkeltpixel-billeddannelse viser lignende fordele som dens rumlige modstykker:en god måleeffektivitet, høj følsomhed, robusthed mod tidsmæssige forvrængninger og kompatibilitet ved flere bølgelængder.

Hovedforfatter Jiapeng Zhao, en ph.d. studerende i optik ved University of Rochester, siger, at mulige applikationer inkluderer et meget nøjagtigt spektrografisk værktøj, demonstreret at opnå 97,5 procent nøjagtighed ved at identificere prøver ved hjælp af et foldet neuralt netværk med denne teknik.

Teknikken kan også kombineres med enkelt-pixel billeddannelse for at skabe et beregningsmæssigt hyperspektralt billeddannelsessystem, siger Zhao, der arbejder i Robert Boyds forskningsgruppe i Rochester, professor i optik. Systemet kan i høj grad fremskynde registrering og analyse af billeder på brede frekvensbånd. Dette kan især være nyttigt til medicinske applikationer, hvor påvisning af ikke-synligt lys, der kommer fra menneskeligt væv ved forskellige bølgelængder, kan indikere lidelser som forhøjet blodtryk.

"Ved at koble vores teknik med enkelt pixel billeddannelse i det rumlige domæne, vi kan få et godt hyperspektralt billede inden for få sekunder. Det er meget hurtigere end hvad folk har gjort før, " siger Zhao.