Tecnologias emergentes para imagens sem linha de visão podem detectar objetos mesmo que estejam em uma esquina ou atrás de uma parede. Em um novo trabalho, os pesquisadores usam um novo tipo de detector para estender este método da luz visível aos comprimentos de onda do infravermelho próximo e médio, um avanço que pode ser especialmente útil para veículos não tripulados, visão robótica, endoscopia e outras aplicações.



“As imagens infravermelhas sem linha de visão podem melhorar a segurança e a eficiência dos veículos não tripulados, ajudando-os a detectar e navegar em torno de obstáculos que não são diretamente visíveis”, disse Xiaolong Hu, da Universidade de Tianjin, na China. Sua equipe colaborou com um grupo liderado por Jingyu Yang, também da Universidade de Tianjin. "O uso de comprimentos de onda do infravermelho próximo também pode ajudar a reduzir as preocupações com a segurança ocular e diminuir o ruído de fundo, potencialmente permitindo imagens em distâncias mais longas durante o dia."

Em Optics Express , os pesquisadores descrevem a primeira demonstração de imagens sem linha de visão usando um componente avançado de detecção de luz conhecido como detector de fóton único de nanofio supercondutor. Este detector exibe sensibilidade de fóton único de raios X até comprimentos de onda infravermelhos médios, permitindo aos pesquisadores estender a faixa espectral da técnica de imagem para comprimentos de onda do infravermelho próximo e médio de 1560 e 1997 nm. Os pesquisadores também desenvolveram um novo algoritmo para melhorar ainda mais as imagens obtidas pelo sistema.

“Esta demonstração de prova de princípio abre portas para mais oportunidades de pesquisa e aplicações potenciais”, disse Hu. "Mover imagens sem linha de visão em direção aos comprimentos de onda do infravermelho médio traz vantagens para muitas aplicações. Além de melhorar a navegação para robôs e veículos, também pode melhorar a relação sinal-ruído para imagens biológicas."

Criando um olho sensível

As tecnologias de imagem sem linha de visão usam fotodetectores para detectar vários raios de luz refletidos emitidos ou refletidos em objetos fora da linha de visão. Ao contrário das técnicas tradicionais de imagem na linha de visão, como LiDAR e fotografia, a luz detectada para imagens fora da linha de visão é muito fraca. Isto requer detectores de altíssima sensibilidade.

"Projetamos e fabricamos um detector de fóton único de nanofio supercondutor que atua como um olho muito sensível para ver um objeto escondido em uma esquina", disse Hu. "Este detector supera outros detectores de fóton único em termos de eficiência de detecção nas faixas espectrais do infravermelho próximo e médio, o que tornou possível realizar imagens sem linha de visão em comprimentos de onda mais longos."

Os detectores de fóton único de nanofios supercondutores baseiam-se no fato de que um único fóton interromperá a supercondutividade. Isto cria uma mudança mensurável na resistência elétrica que permite a detecção de fótons individuais com alta eficiência. No novo trabalho, os pesquisadores criaram um detector de fóton único com nanofios de 40 nm de largura dispostos em um padrão fractal.

Este padrão, que apresenta formas semelhantes em diversas ampliações, torna possível detectar efetivamente fótons em todas as polarizações. O detector foi resfriado a ~2 K (logo acima do zero absoluto), o que é necessário para atingir a supercondutividade.

Imagens infravermelhas

Depois de demonstrar que seu detector de fóton único de nanofio supercondutor exibia melhor resolução de tempo e menor ruído do que um diodo de avalanche de fóton único InGaAs/InP, os pesquisadores usaram o novo detector para adquirir imagens fora da linha de visão em 1560 e 1997 nm . Eles alcançaram uma resolução espacial inferior a 2 cm para ambos os comprimentos de onda. Eles também mostraram que as imagens reconstruídas usando seu novo algoritmo tinham um erro quadrático médio significativamente menor – uma medida do desvio da imagem ideal – do que aquelas reconstruídas usando outros métodos.

Os pesquisadores estão agora trabalhando para estender seu trabalho, explorando outros comprimentos de onda de interesse e examinando como organizar vários detectores supercondutores de fóton único de nanofios em matrizes pode permitir capacidades adicionais. Eles também querem experimentar o uso de seu novo sistema para obter imagens fora da linha de visão em distâncias mais longas durante o dia.

Mais informações: Yifan Feng et al, Imagem sem linha de visão em comprimentos de onda infravermelhos usando um detector de fóton único de nanofio supercondutor, Optics Express (2023). DOI:10.1364/OE.497802
Informações do diário: Óptica Express

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