Med hjälp av en enda pixelkamera och Terahertz elektromagnetiska vågor, ett team av fysiker vid University of Sussex har tagit fram en ritning som kan leda till utvecklingen av flygplatsskannrar som kan upptäcka sprängämnen.

Fröken Luana Olivieri, Ph.D. student och Dr Juan Sebastian Totero Gongora, en forskare i Experimental Photonics of the Emergent Photonics Lab regisserad av professor Marco Peccianti och Dr Alessia Pasquazi, har hittat ett innovativt sätt att fånga med hög noggrannhet, inte bara formen på ett objekt, men också dess kemiska sammansättning med hjälp av en speciell "enda punkt" kamera som kan fungera vid Terahertz (THz) frekvenser.

Även om deras arbete mestadels är teoretiskt i detta skede-de introducerade ett nytt bildkoncept med namnet Nonlinear Ghost Imaging-har deras förmåga att fånga en mer detaljerad bild av tidigare studier gett dem en prestigefylld framsida i den vetenskapliga tidskriften, ACS Photonics .

Dr Juan Sebastian Totero Gongora sa:"Vårt tillvägagångssätt ger en ny typ av bild som är helt annorlunda än vad du skulle få från en vanlig enpixelkamera eftersom den ger mycket mer information om objektet. Jämfört med tidigare enpixelbilder, Vi har också visat att vår upplösning i sig är högre. "

Ligger mellan mikrovågor och infrarött i det elektromagnetiska spektrumet, Terahertz -strålning har en mycket större våglängd till synligt ljus. Det kan enkelt tränga igenom flera vanliga material som papper, kläder och plast leder till utvecklingen av teknologi inom säkerhetsskanning och tillverkningskontroll som gör att människor kan se inuti föremål och omslag.

Strålningen framkallar dock ett annat svar från biologiska prover, gör det möjligt för forskare att klassificera material som nästan inte går att särskilja med synligt ljus.

Forskare tror att THz -vågor kan ha en enorm potential när det gäller att utveckla kritiska applikationer som detektering av sprängämnen, medicinsk diagnostik, kvalitetskontroll inom tillverkning och livsmedelssäkerhet.

Utmaningen, dock, ligger i utvecklingen av pålitliga och kostnadseffektiva kameror samt möjligheten att identifiera objekt som är mindre än våglängden.

Men, genom att ta en annan inställning till tidigare studier inom detta område, teamet på Emergent Photonics Lab kan ha hittat ett sätt att övervinna dessa begränsningar.

Medan tidigare forskning har belyst objekt med många mönster av laserljus i bara en färg för att extrahera en bild, forskarna belyste ett objekt med mönster av THz -ljus som innehåller ett brett spektrum av färger.

En enda pixelkamera (snarare än en standard som innehåller flera pixlar som säljs på gatan) kan fånga ljuset som reflekteras av objektet för varje mönster. I teamets studie, de fann att kameran kan upptäcka hur ljuspulsen ändras i tid av objektet (även om THz -pulsen är en extremt kort händelse). Genom att kombinera denna information med mönstrens kända form, föremålets form och dess natur avslöjas.

Tekniken kan komma ihåg hur hjärnan utvecklar förståelse i synen genom att fokusera separat på olika element och sedan smälta relevant information.

Professor Marco Peccianti tillade:"Det här är en mycket viktig utveckling och det är vi verkligen glada över ACS Photonics bestämde sig för att leda vår forskning på deras framsida. Tidigare tillvägagångssätt för THz-pixelkameror kan inte bevara den fullständiga informationen om ett objekt, men vi förstod var problemet låg och identifierade ett sätt att extrahera en mer komplett bild.

"Vi hoppas att ett liknande system som vårt kan användas i verkliga tillämpningar inom biologi, medicin och säkerhet för att bestämma den kemiska sammansättningen av ett föremål och dess rumsliga fördelning i bara ett steg."

Teamets resultat är en avsevärd förbättring av etablerad teknik och kan ha en enorm inverkan utanför THz -kamerornas område.

Till exempel, deras teknik kan användas för att designa högupplösta kameror i andra frekvensområden som sedan kan bli en del av tekniken för kollisionssensorer, kroppsskanner eller ultrasnabba radar för självkörande bilar.

Forskarna följer nu upp sin forskning, som till stor del bygger på simuleringar, att experimentellt demonstrera sin enhet.

'Time-Resolved Nolinar Ghost Imaging av Luana Olivieri, Juan S. Totero Gongora, Alessia Pasquazi och Marco Peccianti publicerades i ACS Photonics den 15 augusti 2018.