_ Cercetătorii dezvăluie un singur Fotografie și sistem complet de imagistică de polarizare folosind metasuprafețe

Gândiți-vă la toate informațiile pe care le obținem pe baza modului în care un obiect interacționează cu lungimile de undă ale luminii, adică culoarea. Culoarea ne poate spune dacă mâncarea este sigură sau dacă o bucată de metal este fierbinte. Culoarea este un instrument de diagnostic important în medicină, ajutând medicii să diagnosticheze țesutul bolnav, inflamația sau problemele în fluxul sanguin.

Companiile au investit enorm pentru a îmbunătăți culoarea în imagistica digitală, dar lungimea de undă este doar o proprietate a luminii. Polarizarea - modul în care câmpul electric oscilează pe măsură ce lumina se propagă - este, de asemenea, bogată în informații, dar imagistica de polarizare rămâne în mare parte limitată la setările de laborator de masă, bazându-se pe optice tradiționale, cum ar fi plăcile de undă și polarizatoarele pe suporturi rotative voluminoase.

Acum, cercetătorii de la Școala de Inginerie și Științe Aplicate (SEAS) de la Harvard John A. Paulson au dezvoltat un sistem compact de imagistică cu polarizare, care poate oferi o imagine completă a polarizării.

Folosind doar două metasuprafețe subțiri, sistemul de imagistică ar putea debloca potențialul vast al imaginii de polarizare pentru o serie de aplicații existente și noi, inclusiv imagistica biomedicală, sisteme de realitate augmentată și virtuală și telefoane inteligente. Cercetarea este publicată în Nature Photonics.

„Acest sistem, care nu conține piese în mișcare sau optică de polarizare în vrac, va permite aplicații în imagistica medicală în timp real, caracterizarea materialelor, viziunea artificială, detectarea țintei, și alte domenii importante”, a spus Federico Capasso, profesor Robert L. Wallace de fizică aplicată și Vinton Hayes Senior Research Fellow în Inginerie Electrică la SEAS și autor principal al lucrării.

În cercetările anterioare, Capasso și echipa sa a dezvoltat o cameră compactă de polarizare, prima de acest fel, pentru a capta așa-numitele imagini Stokes, imagini cu semnătura de polarizare care se reflectă asupra unui obiect – fără a controla iluminarea incidentă.

„La fel ca umbra. sau chiar culoarea unui obiect poate apărea diferită în funcție de culoarea iluminării incidente, semnătura de polarizare a unui obiect depinde de profilul de polarizare al iluminării”, a spus Aun Zaidi, un doctorat recent. absolvent al grupului lui Capasso și primul autor al lucrării.

„Spre deosebire de imagistica de polarizare convențională, imagistica de polarizare „activă”, cunoscută sub numele de imagistica cu matrice Mueller, poate surprinde cel mai complet răspuns de polarizare al unui obiect prin controlul polarizarea incidentă.”

În prezent, imagistica matricială Mueller necesită o configurație optică complexă, cu mai multe plăci rotative și polarizatoare care captează secvenţial o serie de imagini care sunt combinate pentru a realiza o reprezentare matriceală a imaginii.

Sistemul simplificat dezvoltat de Capasso și echipa sa folosește două metasuprafețe extrem de subțiri — una pentru a ilumina un obiect și cealaltă pentru a capta și analiza lumina de pe cealaltă parte.

Prima metasuprafață. generează ceea ce este cunoscut sub numele de lumină structurată polarizată, în care polarizarea este proiectată să varieze spațial într-un model unic. Când această lumină polarizată se reflectă sau transmite prin obiectul iluminat, profilul de polarizare al fasciculului se modifică. Această modificare este surprinsă și analizată de a doua metasuprafață pentru a construi imaginea finală — într-o singură fotografie.

Tehnica permite imagistica avansată în timp real, care este importantă pentru aplicații precum chirurgia endoscopică, recunoașterea facială. pe smartphone-uri și urmărirea ochilor în sistemele AR/VR. De asemenea, ar putea fi combinat cu algoritmi puternici de învățare automată pentru aplicații în diagnosticare medicală, clasificare a materialelor și produse farmaceutice.

„Am reunit două câmpuri aparent separate de lumină structurată și imagini polarizate pentru a proiecta un singur sistem care captează cele mai complete informații de polarizare.

„Utilizarea noastră a metasuprafețelor nanoinginerești, care înlocuiți multe componente care ar fi necesare în mod tradițional într-un sistem ca acesta, simplifică foarte mult designul acestuia”, a spus Zaidi.

„Sistemul nostru compact și cu o singură lovitură oferă o cale viabilă pentru adoptarea pe scară largă a acestui tip. de imagistică pentru a împuternici aplicațiile care necesită imagini avansate”, a spus Capasso.

(Fluierul)