Por primera vez, los investigadores han demostrado que el método de imagen no convencional conocido como imagen fantasma se puede realizar utilizando un dispositivo de iluminación de bajo costo basado en chips. Este importante paso hacia la imagen fantasma basada en chips podría hacer quemétodo de imagen práctico para aplicaciones como imágenes biomédicas a escala de chip, detección y alcance de luz LIDAR y dispositivos de detección de Internet de las cosas.
Existe un gran interés en la imagen fantasma porque se puede realizar con un detector de un píxel de bajo costo en lugar de una cámara compleja y típicamente costosa. Cuando se combina con el enfoque computacional de detección comprimida, la imagen fantasma también puedelograr una mayor sensibilidad y una imagen más rápida que los métodos tradicionales, especialmente en rangos de longitud de onda no visibles.
En la revista The Optical Society OSA Óptica Express , los investigadores de la Universidad de Tokio describen cómo reemplazaron un componente óptico voluminoso que generalmente se usa para imágenes fantasma con una matriz óptica en fase OPA basada en chips recientemente desarrollada que mide solo 4 por 4 milímetros.
"Si se comercializaran dispositivos de imagen de bajo costo y un solo chip, permitiría LIDAR de bajo costo, que es la tecnología que usan los automóviles, drones y robots autónomos para ver su entorno", dijo Takuo Tanemura, quien dirigió elequipo de investigación. "Además, los dispositivos de imágenes pequeñas podrían integrarse en los teléfonos inteligentes para permitir una mejor imagen 3D y monitoreo de la salud".
Imágenes más rápidas y de menor costo
Las imágenes fantasma funcionan al iluminar un objeto con patrones de manchas aleatorios que cambian con el tiempo. Correlacionar la potencia óptica transmitida o reflejada que viaja a través del objeto con la distribución de intensidad de los patrones de manchas permite obtener una imagen del objeto.
Aunque este enfoque de imágenes se propuso hace más de 10 años, los moduladores de luz espacial voluminosos y lentos utilizados para generar los patrones de iluminación moteada han mantenido la imagen fantasma principalmente restringida al laboratorio.
En el nuevo trabajo, los investigadores superaron un desafío inherente a la aplicación de OPA a gran escala, que utilizan una serie de elementos de guía de onda integrados ajustables para controlar la fase de la luz. En lugar de tratar de alinear todas las fases ópticas con precisión, lo cual es un desafíoen la práctica, diseñaron un OPA en el que los elementos de control de fase operan aleatoriamente, lo que les permitió generar patrones de manchas cambiantes al azar que eran perfectos para imágenes fantasma.
"En comparación con las implementaciones anteriores de imágenes fantasma que utilizan moduladores de ondas de luz espaciales que eran grandes y lentas que generalmente operaban en el rango de kilohercios, el uso de una matriz en fase integrada es mucho más compacto y ofrece un costo menor", dijo Tanemura. "Nuestro enfoque tambiéntiene el potencial de alcanzar velocidades operativas mayores que gigahercios, o seis órdenes de magnitud más rápido que los enfoques basados en SLM ".
Para crear el patrón de moteado aleatorio, los investigadores aplicaron señales eléctricas aleatorias que cambiaban rápidamente a 128 elementos de cambio de fase integrados en el OPA. Demostraron imágenes en 2D con más de 90 puntos resolubles en la dirección X determinado por el número de desplazadores de fasey 14 píxeles en la dirección Y determinado por el número de longitudes de onda probadas. Los resultados coincidieron bien con las predicciones teóricas.
LIDAR más pequeño y más barato
"Este tipo de dispositivo de imágenes podría ser particularmente útil para LIDAR, que actualmente produce imágenes en 3D usando un espejo mecánico voluminoso para dirigir un rayo láser", dijo Tanemura. "Se estima que el costo, el tamaño y el tiempo de respuesta de LIDAR necesitanse reducirá en 1 o 2 órdenes de magnitud para desplegarse ampliamente en automóviles de mercado masivo que no sean de lujo. Un dispositivo de imagen fantasma a escala de chip podría lograr esto ".
Los investigadores continuarán trabajando para hacer que la nueva tecnología sea aún más práctica. Están experimentando con cambiadores de fase electroópticos que podrían aumentar la operación de OPA a velocidades superiores a gigahercios. También planean aumentar aún más la velocidad de exploración y desean integrar todolos componentes ópticos en el mismo chip que el OPA para lograr imágenes 2D y 3D sin ningún componente fuera del chip.
"Si somos capaces de integrar todos los componentes necesarios, incluida la fuente de luz y el detector, en un chip, entonces sería posible un dispositivo de imagen fantasma de un solo chip", dijo Tanemura.
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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