Den tidsupplösta olinjära spökkameran använder en olinjär kristall för att konvertera standardlaserljus till terahertzmönster, möjliggör rekonstruktion av komplexa prover med användning av en enda terahertz-pixel. Kredit:University of Sussex
Ett team av fysiker vid University of Sussex har framgångsrikt utvecklat den första olinjära kameran som kan ta högupplösta bilder av det inre av fasta föremål med hjälp av terahertz (THz) strålning.
Leds av professor Marco Peccianti från Emergent Photonics (EPic) Lab, Luana Olivieri, Dr. Juan S. Totero Gongora och ett team av forskarstudenter byggde en ny typ av THz-kamera som kan detektera THz elektromagnetiska vågor med oöverträffad noggrannhet.
Bilder som produceras med THz-strålning kallas "hyperspektral" eftersom bilden består av pixlar, var och en innehåller den elektromagnetiska signaturen för objektet i den punkten.
Ligger mellan mikrovågor och infrarött i det elektromagnetiska spektrumet, THz-strålning tränger lätt igenom material som papper, kläder och plast på samma sätt som röntgen, men utan att vara skadligt. Det är säkert att använda även med de mest känsliga biologiska proverna. THz-avbildning gör det möjligt att "se" den molekylära sammansättningen av föremål och skilja mellan olika material – som socker och kokain, till exempel.
Förklara betydelsen av deras prestation, Prof Peccianti sa:"Kärnutmaningen i THz-kameror handlar inte om att samla in en bild, men det handlar om att bevara objektets spektrala fingeravtryck som lätt kan skadas av din teknik. Det är här vikten av vår prestation ligger. Fingeravtrycket av alla detaljer i bilden bevaras på ett sådant sätt att vi kan undersöka föremålets natur i detalj. "
Konstnärlig återgivning av terahertzfältet överfört av ett abstrakt objekt. Kredit:University of Sussex
Tills nu, kameror som kan ta en hyperspektral bild som bevarar alla fina detaljer som avslöjas av THz-strålning hade inte ansetts vara möjliga.
EPic Lab-teamet använde en enpixelkamera för att avbilda objekt med mönster av THz-ljus. Prototypen de byggde kan upptäcka hur objektet ändrar olika mönster av THz-ljus. Genom att kombinera denna information med formen på varje originalmönster, kameran avslöjar bilden av ett föremål såväl som dess kemiska sammansättning.
Källor till THz-strålning är mycket svaga och hyperspektral avbildning hade, tills nu, begränsad trohet. För att övervinna detta, Sussex-teamet lyste en standardlaser på ett unikt icke-linjärt material som kan omvandla synligt ljus till THz. Prototypkameran skapar THz elektromagnetiska vågor mycket nära provet, liknande hur ett mikroskop fungerar. Eftersom THz-vågor kan färdas rakt igenom ett föremål utan att påverka det, de resulterande bilderna avslöjar formen och sammansättningen av föremål i tre dimensioner.
Dr. Totero Gongora sa:"Detta är ett stort steg framåt eftersom vi har visat att alla möjligheter som utforskats i vår tidigare teoretiska forskning inte bara är genomförbara, men vår kamera fungerar ännu bättre än vi förväntat oss. När vi bygger vår enhet, vi upptäckte flera sätt att optimera bildbehandlingsprocessen och nu är tekniken stabil och fungerar bra. Nästa fas av vår forskning kommer att vara att påskynda bildrekonstruktionsprocessen och ta oss närmare tillämpningen av THz-kameror i verkliga tillämpningar; som flygplatssäkerhet, intelligenta bilsensorer, kvalitetskontroll inom tillverkning och till och med skannrar för att upptäcka hälsoproblem som hudcancer."
