4 دقیقه
ایده سوراخ سوزنی قدیمی، اپتیک لیزری مدرن
پژوهشگران دانشگاه تربیت معلم شرق چین یک مفهوم تصویربرداری چندقرنۀ را بازطراحی کرده‌اند و آن را به دوربینی بدونلنز و پرعملکرد در ناحیه میانی فروسرخ (mid‑IR) تبدیل نموده‌اند که قادر به تولید تصاویر دو‌بعدی و سهبعدی واضح در یک بازه عمق گسترده است. به‌جای اپتیک شیشه‌ای، این سامانه از لیزری متمرکز برای ایجاد یک «سوراخ سوزنی نوری» درون یک بلور غیرخطی استفاده میکند و هم‌زمان نور میانی فروسرخ را به طول‌موج‌های مرئی آپ‌کانورت میکند تا سنسورهای سیلیکونی استاندارد بتوانند آن را بخوانند.
چرا این موضوع مهم است
طول‌موج‌های میانی فروسرخ اطلاعات باارزشی دارند — نشانه‌های حرارتی، ویژگی‌های جذب مولکولی و دیگر سرنخ‌هایی که در نور مرئی به‌راحتی دیده نمی‌شوند. با این حال، دوربینهای مرسوم میانی فروسرخ اغلب حجیم، پرنویز، گران یا نیازمند خنک‌کنندۀ کرایوژنیک هستند. رویکرد بدونلنز جدید نوید مسیر نوری سادهتر، عمق میدان بزرگ و کاهش نویز از طریق آشکارسازی آپکانورژن را می‌دهد که میتواند به‌مرور هزینه و مصرف انرژی را کاهش دهد.
«ما یک روش حساس و بدونلنز توسعه دادیم که عمق میدان و میدان دید بسیار بزرگ‌تری نسبت به سیستم‌های دیگر ارائه می‌دهد»، می‌گوید رهبر تیم Heping Zeng. همکار او Kun Huang اضافه میکند که این تکنیک قابل توسعه به ناحیه‌های فروسرخ دور یا تراهرتز است، جایی که ساخت لنزهای سنتی دشوار است.
چگونه کار میکند
یک پالس لیزر فوقسریع همگامشده یک روزنهٔ مؤثر ریز — یک «سوراخ سوزنی نوری» با شعاع حدود 0.20 میلی‌متر — درون یک بلور غیرخطی مهندسی‌شده ویژه ایجاد میکند. آن بلور عمل آپکانورژن فرکانس را انجام می‌دهد: صحنۀ ورودی میانی فروسرخ را با پالس لیزر مخلوط میکند تا تصویر میانی فروسرخ به نور مرئی تبدیل شود. از آنجا که بلور با ساختار تناوبی چیرد (chirped) ساخته شده، نور را از دامنهٔ وسیعی از زوایا می‌پذیرد، که میدان دید گسترده‌ای تولید میکند و تصویربرداری بدون اعوجاج را ممکن می‌سازد.
نکات کلیدی تجربی:
- تصاویر میانی فروسرخ واضح در طول‌موج 3.07 μm
- حفظ عمق میدان فراتر از 35 cm
- میدان دید بیش از 6 cm
- تصویربرداری مؤثر با ورودی تا حدود ~1.5 فوتون به ازای هر پالس پس از حذف نویز
حالت‌های تصویربرداری سهبعدی
پژوهشگران دو روش سهبعدی را نشان دادند: بازسازی زمانپرواز (time‑of‑flight) با گیتینگ پالس فوقکوتاه برای دستیابی به دقت محوری در سطح میکرون، و یک اندازه‌گیری سادهتر با دو تصویر فوری که عمق را از تصاویر گرفته‌شده در فواصل شیء کمی متفاوت استنتاج میکند. هر دو تکنیک بدون لنزهای سنتی کار میکنند و به نسبت فوتون کمی نیاز دارند.
موارد استفاده، مزایا و محدودیت‌ها
کاربردهای بالقوه شامل نظارت شبانه، بازرسی صنعتی و پایش محیطی است که در آن کنتراست میانی فروسرخ اهمیت دارد. مزایا شامل اعوجاج کم، عمق میدان گسترده، سازگاری با آشکارسازهای سیلیکونی استاندارد و سرکوب نویز ذاتی از طریق آپکانورژن است.
محدودیت‌ها همچنان وجود دارند: تنظیمات فعلی از لیزرهای همگامشدۀ حجیم و بلورهای غیرخطی درجه آزمایشگاهی استفاده میکنند، بنابراین سامانه هنوز یک نمونهٔ آزمایشی است. تیم روی افزایش بازده تبدیل، کنترل دینامیک روزنهٔ نوری و منابع نور یکپارچهٔ جمعوجورتر کار میکند که میتواند استقرار تجاری را عملیتر سازد.
در نهایت، این روش راهی را نشان می‌دهد که در آن تصویربرداری بدونلنز میانی فروسرخ و تراهرتز در دسترس‌تر خواهند شد و گزینه‌های جدیدی برای حسگرهای قابل‌حمل و کم‌مصرف در امنیت، تولید و سنجش از دور باز میکند.
منبع: scitechdaily
نظرات