Os pesquisadores demonstraram que os fótons emaranhados podem ser usados ​​para melhorar a profundidade de penetração da tomografia de coerência óptica (OCT) em materiais de alta dispersão. O método representa uma maneira de realizar OCT com comprimentos de onda do infravermelho médio e pode ser útil para testes não destrutivos e análise de materiais como cerâmicas e amostras de tintas.

OCT é um método de imagem não destrutivo que fornece imagens 3D detalhadas de estruturas de subsuperfície. A OCT é normalmente realizada usando comprimentos de onda do infravermelho próximo ou visível porque as fontes de luz e detectores para esses comprimentos de onda estão prontamente disponíveis. Contudo, esses comprimentos de onda não penetram muito profundamente em materiais altamente dispersos ou muito porosos.

No Optica , O jornal da The Optical Society (OSA) para pesquisas de alto impacto, Aron Vanselow e colegas da Humboldt-Universität zu Berlin na Alemanha, junto com colaboradores do Centro de Pesquisa para Testes Não Destrutivos GmbH na Áustria, demonstrar um experimento de prova de conceito para OCT infravermelho médio com base em pares de fótons emaranhados de banda ultralarga. Eles mostram que esta abordagem pode produzir imagens 2-D e 3-D de alta qualidade de amostras de alta dispersão usando um sistema relativamente compacto, configuração ótica direta.

"Nosso método elimina a necessidade de fontes ou detectores de infravermelho médio de banda larga, o que tornou um desafio desenvolver sistemas práticos de OCT que funcionem nesses comprimentos de onda, "disse Vanselow." Ele representa uma das primeiras aplicações do mundo real em que os fótons emaranhados são competitivos com a tecnologia convencional. "

A técnica pode ser útil para muitas aplicações, incluindo a análise de camadas de tinta complexas usadas em aviões e carros ou o monitoramento de revestimentos usados ​​em produtos farmacêuticos. Ele também pode fornecer imagens 3D detalhadas que seriam úteis para a conservação de arte.

Aproveitando a mecânica quântica

Quando os fótons estão emaranhados, eles se comportam como se pudessem afetar um ao outro instantaneamente. Este fenômeno da mecânica quântica é essencial para muitas aplicações de tecnologia quântica em desenvolvimento, como sensor quântico, comunicações quânticas ou computação quântica.

Para esta técnica, os pesquisadores desenvolveram e patentearam um cristal não linear que cria pares de fótons de banda larga com comprimentos de onda muito diferentes. Um dos fótons tem um comprimento de onda que pode ser facilmente detectado com equipamento padrão, enquanto o outro fóton está na faixa do infravermelho médio, dificultando a detecção. Quando os fótons difíceis de detectar iluminam uma amostra, eles mudam o sinal de uma forma que pode ser medida usando apenas os fótons fáceis de detectar.

"Nossa técnica facilita a aquisição de medições úteis no que é uma faixa de comprimento de onda tradicionalmente difícil de manusear devido aos desafios da tecnologia, "disse Sven Ramelow, quem concebeu e orientou a pesquisa. "Além disso, os lasers e óticas que usamos não são complexos e também são mais compactos, robusto e econômico do que aqueles usados ​​nos sistemas OCT de infravermelho médio atuais. "

Imagens com menos luz

Para demonstrar a técnica, os pesquisadores primeiro confirmaram que o desempenho de sua configuração óptica correspondia às previsões teóricas. Eles descobriram que poderiam usar seis ordens de magnitude a menos de luz para atingir a mesma relação sinal-ruído que os poucos sistemas convencionais de OCT de infravermelho médio que foram desenvolvidos recentemente.

"Ficamos positivamente surpresos por não termos visto nenhum ruído nas medições além do ruído quântico intrínseco da própria luz, "disse Ramelow." Isso também explica por que podemos alcançar uma boa relação sinal-ruído com tão pouca luz. "

Os pesquisadores testaram sua configuração em uma série de amostras do mundo real, incluindo amostras de tinta altamente dispersas. Eles também analisaram duas pilhas de cerâmica de alumina com 900 mícrons de espessura contendo microcanais fresados ​​a laser. A iluminação infravermelha média permitiu aos pesquisadores capturar informações de profundidade e criar uma reconstrução 3D completa das estruturas do canal. Os poros em cerâmicas de alumina tornam este material útil para testes de drogas e detecção de DNA, mas também com alta dispersão nos comprimentos de onda tradicionalmente usados ​​para OCT.

Os pesquisadores já começaram a se envolver com parceiros da indústria e de outros institutos de pesquisa para desenvolver uma cabeça de sensor OCT compacta e um sistema completo para uma aplicação comercial piloto.