Schema över den experimentella inställningen som visar en temporal fan out (TFO) -port representerad av den gula streckade rutan, som innehåller en digital mikromirror -enhet. Utbredningsriktningen för den förberedda ultralätta pulsen, med ursprung i blå streckad låda, visas i rosa. Mörkröda linjer representerar motsvarande pulsfront. Upphovsman:Jiapeng Zhao
När vi tittar på ett föremål med våra ögon, eller med en kamera, vi kan automatiskt samla tillräckligt med ljuspixlar vid synliga våglängder för att få en tydlig bild av det vi ser.
Dock, att visualisera ett kvanteobjekt eller fenomen där belysningen är svag, eller som härrör från osynliga infraröda eller långt infraröda våglängder, forskare behöver mycket mer känsliga verktyg. Till exempel, de har utvecklat avbildning med en pixel i den rumsliga domänen som ett sätt att packa och strukturera så många fotoner som möjligt på en enda pixeldetektor och sedan skapa en bild med hjälp av beräkningsalgoritmer.
Liknande, i tidsdomänen, när en okänd ultrasnabb signal antingen är svag, eller i de infraröda eller långt infraröda våglängderna, förmågan hos en bildpunkt med en pixel att visualisera den reduceras. Baserat på den spatio-temporala dualiteten av ljuspulser, University of Rochester forskare har utvecklat en tidsdomän med en bildpunktsteknik, beskrivs i Optica , som löser detta problem, detektera 5 femtojoule ultrasnabba ljuspulser med en tidsmässig provtagningsstorlek ner till 16 femtosekunder. Denna tidsdomänanalogi för bildbilden med en pixel visar liknande fördelar med dess rumsliga motsvarigheter:en bra mätningseffektivitet, hög känslighet, robusthet mot tidsförvrängningar och kompatibilitet vid flera våglängder.
Huvudförfattare Jiapeng Zhao, en doktorsexamen student i optik vid University of Rochester, säger att möjliga tillämpningar inkluderar ett mycket exakt spektrografiskt verktyg, visat sig uppnå 97,5 procent noggrannhet vid identifiering av prover med hjälp av ett konvolutionsnervalt nätverk med denna teknik.
Jämförelse av bildning med en pixel, till vänster, och tidsdomän enkel pixelavbildning (TSPI) till höger. I en typisk avbildningskonfiguration med en pixel har fotodioddetektorn endast en pixel och ger därför ingen rumslig upplösning. I TPSI, fotodioden, som saknar den tidsmässiga bandbredden för att själv lösa ultrasnabba signaler, fungerar som "en-pixel" -detektorn i tidsdomänen och används tillsammans med en programmerbar temporär fläktutgång som är baserad på en digital mikromirror-enhet. Upphovsman:Jiapeng Zhao
Tekniken kan också kombineras med bildning med en pixel för att skapa ett beräkningssystem för hyperspektral bildbehandling, säger Zhao, som arbetar i Robert Boyds forskargrupp, professor i optik. Systemet kan påskynda upptäckten och analysen av bilder vid breda frekvensband. Detta kan vara särskilt användbart för medicinska applikationer, där detektion av osynligt ljus som kommer från mänsklig vävnad vid olika våglängder kan indikera störningar som högt blodtryck.
"Genom att koppla ihop vår teknik med en bildpunkt i en rumslig domän, vi kan ha en bra hyperspektral bild inom några sekunder. Det är mycket snabbare än vad folk har gjort tidigare, "Säger Zhao.
