Esquemas da configuração experimental mostrando uma porta temporal fan out (TFO) representada pela caixa tracejada amarela, que inclui um dispositivo de microespelho digital. A direção de propagação do pulso ultrarrápido de entrada preparado, originado na caixa tracejada azul, é mostrado em rosa. Linhas vermelhas escuras representam a frente de pulso correspondente. Crédito:Jiapeng Zhao
Quando olhamos para um objeto com nossos olhos, ou com uma câmera, podemos reunir automaticamente pixels de luz suficientes em comprimentos de onda visíveis para ter uma imagem nítida do que vemos.
Contudo, para visualizar um objeto quântico ou fenômeno onde a iluminação é fraca, ou proveniente de comprimentos de onda infravermelho não visível ou infravermelho distante, os cientistas precisam de ferramentas muito mais sensíveis. Por exemplo, eles desenvolveram imagens de pixel único no domínio espacial como uma forma de empacotar e estruturar espacialmente tantos fótons quanto possível em um detector de pixel único e, em seguida, criar uma imagem usando algoritmos computacionais.
De forma similar, no domínio do tempo, quando um sinal ultrarrápido desconhecido é fraco, ou nos comprimentos de onda infravermelho ou infravermelho distante, a capacidade da imagem de pixel único para visualizá-la é reduzida. Com base na dualidade espaço-temporal dos pulsos de luz, Os pesquisadores da Universidade de Rochester desenvolveram uma técnica de imagem de pixel único no domínio do tempo, descrito em Optica , que resolve este problema, detectar 5 pulsos de luz ultrarrápidos femtojoule com um tamanho de amostragem temporal de até 16 femtossegundos. Esta analogia no domínio do tempo da imagem de pixel único mostra vantagens semelhantes às suas contrapartes espaciais:uma boa eficiência de medição, uma alta sensibilidade, robustez contra distorções temporais e a compatibilidade em vários comprimentos de onda.
O autor principal Jiapeng Zhao, um Ph.D. estudante de ótica na Universidade de Rochester, diz que as possíveis aplicações incluem uma ferramenta espectrográfica altamente precisa, demonstrou atingir 97,5 por cento de precisão na identificação de amostras usando uma rede neural convolucional com esta técnica.
Comparação de imagens de pixel único, à esquerda, e imagem de pixel único no domínio do tempo (TSPI) à direita. Em uma configuração típica de imagem de pixel único, o detector de fotodiodo tem apenas um pixel e, portanto, não fornece resolução espacial. No TPSI, o fotodiodo, que carece de largura de banda temporal para resolver os sinais ultrarrápidos por si só, funciona como o detector de “pixel único” no domínio do tempo e é usado em conjunto com uma porta de fan-out temporal programável com base em um dispositivo de microespelho digital. Crédito:Jiapeng Zhao
A técnica também pode ser combinada com imagem de pixel único para criar um sistema de imagem hiperespectral computacional, diz Zhao, que trabalha no grupo de pesquisa Rochester de Robert Boyd, professor de ótica. O sistema pode acelerar bastante a detecção e análise de imagens em amplas bandas de frequência. Isso pode ser especialmente útil para aplicações médicas, onde a detecção de luz invisível que emana de tecido humano em diferentes comprimentos de onda pode indicar distúrbios como hipertensão.
"Ao acoplar nossa técnica à imagem de pixel único no domínio espacial, podemos ter uma boa imagem hiperespectral em poucos segundos. Isso é muito mais rápido do que as pessoas fizeram antes, "Zhao diz.
