Framväxande teknologier för icke-line-of-sight avbildning kan upptäcka objekt även om de är runt ett hörn eller bakom en vägg. I nytt arbete använder forskare en ny typ av detektor för att utöka denna metod från synligt ljus till nära och medelinfraröda våglängder, ett framsteg som kan vara särskilt användbart för obemannade fordon, robotseende, endoskopi och andra tillämpningar.
"Infraröd icke-siktlinje kan förbättra säkerheten och effektiviteten för obemannade fordon genom att hjälpa dem att upptäcka och navigera runt hinder som inte är direkt synliga", säger Xiaolong Hu från Tianjin University i Kina. Hans team samarbetade med en grupp ledd av Jingyu Yang, också från Tianjin University. "Att använda nära-infraröda våglängder kan också bidra till att minska ögonsäkerheten och sänka bakgrundsljudet, vilket potentiellt möjliggör bildtagning över längre avstånd under dagtid."
I Optics Express , beskriver forskarna den första demonstrationen av icke-line-of-sight avbildning med hjälp av en avancerad ljusavkännande komponent känd som en supraledande nanotråds-singelfotondetektor. Den här detektorn uppvisar singelfotonkänslighet från röntgen till mitten av IR-våglängderna, vilket gör det möjligt för forskare att utöka bildteknikens spektralområde till de när- och mellaninfraröda våglängderna 1560 och 1997 nm. Forskarna utvecklade också en ny algoritm för att ytterligare förbättra de bilder som systemet tar fram.
"Denna proof-of-princip demonstration öppnar dörrar för fler forskningsmöjligheter och potentiella tillämpningar", sa Hu. "Att flytta icke-siktlinjebilder mot de mellaninfraröda våglängderna ger fördelar för många applikationer. Förutom att förbättra navigeringen för robotar och fordon kan det också förbättra signal-brusförhållandet för biologisk avbildning."
Icke-line-of-sight avbildningstekniker använder fotodetektorer för att upptäcka flera strålar av reflekterat ljus som emitteras eller reflekteras från föremål utanför siktlinjen. Till skillnad från traditionella synlinjetekniker som LiDAR och fotografering är ljuset som upptäcks för icke-siktlinjeavbildning mycket svagt. Detta kräver mycket högkänsliga detektorer.
"Vi designade och tillverkade en supraledande nanotrådsdetektor med enkelfoton som fungerar som ett mycket känsligt öga för att se ett föremål gömt runt ett hörn," sa Hu. "Denna detektor överträffar andra singelfotondetektorer när det gäller detekteringseffektivitet i det nära- och mellaninfraröda spektralområdet, vilket gjorde det möjligt att utföra icke-line-of-sight-avbildning vid längre våglängder."
Supraledande enfotondetektorer med nanotråd är baserade på det faktum att en enda foton kommer att störa supraledning. Detta skapar en mätbar förändring i elektriskt motstånd som möjliggör detektering av enskilda fotoner med hög effektivitet. I det nya arbetet skapade forskarna en enkelfotondetektor med 40 nm breda nanotrådar arrangerade i ett fraktalt mönster.
Detta mönster, som uppvisar liknande former vid olika förstoringar, gör det möjligt att effektivt detektera fotoner i alla polarisationer. Detektorn kyldes till ~2 K (strax över absolut noll), vilket krävs för att uppnå supraledning.
Efter att ha visat att deras supraledande nanotrådsdetektor med enkelfoton uppvisade bättre timingupplösning och lägre brus än en InGaAs/InP lavindiod med enkelfoton, använde forskarna den nya detektorn för att få icke-line-of-sight avbildning vid både 1560 och 1997 nm . De uppnådde en rumslig upplösning på mindre än 2 cm för båda våglängderna. De visade också att bilder som rekonstruerats med hjälp av deras nya algoritm hade ett signifikant lägre kvadraturmedelfel – ett mått på avvikelsen från den ideala bilden – än de som rekonstruerades med andra metoder.
Forskarna arbetar nu med att utöka sitt arbete genom att utforska andra våglängder av intresse och undersöka hur arrangemang av flera supraledande nanotrådsdetektorer med en foton i arrayer kan möjliggöra ytterligare kapacitet. De vill också experimentera med att använda sitt nya system för att uppnå icke-line-of-sight avbildning över längre avstånd under dagen.
Mer information: Yifan Feng et al, Non-line-of-sight-avbildning vid infraröda våglängder med en supraledande nanotrådsdetektor för enkelfoton, Optics Express (2023). DOI:10.1364/OE.497802
Journalinformation: Optics Express
Tillhandahålls av Optica
