Les chercheurs étendent l’imagerie sans visibilité directe vers des longueurs d’onde plus longues

Les technologies émergentes d’imagerie sans visibilité directe peuvent détecter des objets même s’ils se trouvent dans un coin ou derrière un mur. Dans de nouveaux travaux, les chercheurs utilisent un nouveau type de détecteur pour étendre cette méthode de la lumière visible aux longueurs d’onde de l’infrarouge proche et moyen, une avancée qui pourrait être particulièrement utile pour les véhicules sans pilote, la vision robotique, l’endoscopie et d’autres applications.

“L’imagerie infrarouge sans visibilité directe peut améliorer la sécurité et l’efficacité des véhicules sans pilote en les aidant à détecter et à contourner les obstacles qui ne sont pas directement visibles”, a déclaré Xiaolong Hu de l’Université de Tianjin en Chine. Son équipe a collaboré avec un groupe dirigé par Jingyu Yang, également de l’Université de Tianjin. “L’utilisation de longueurs d’onde proches de l’infrarouge pourrait également contribuer à réduire les problèmes de sécurité oculaire et à réduire le bruit de fond, permettant potentiellement l’imagerie sur de plus longues distances pendant la journée.”

Dans Optique Express, les chercheurs décrivent la première démonstration d’imagerie sans visibilité directe utilisant un composant avancé de détection de la lumière connu sous le nom de détecteur monophotonique à nanofil supraconducteur. Ce détecteur présente une sensibilité à photon unique, des rayons X aux longueurs d’onde du moyen infrarouge, permettant aux chercheurs d’étendre la plage spectrale de la technique d’imagerie aux longueurs d’onde du proche et du moyen infrarouge de 1 560 et 1 997 nm. Les chercheurs ont également développé un nouvel algorithme pour améliorer encore les images obtenues par le système.

“Cette démonstration de principe ouvre la porte à davantage d’opportunités de recherche et d’applications potentielles”, a déclaré M. Hu. “Le déplacement de l’imagerie sans visibilité directe vers les longueurs d’onde de l’infrarouge moyen présente des avantages pour de nombreuses applications. En plus d’améliorer la navigation des robots et des véhicules, cela pourrait également améliorer le rapport signal/bruit pour l’imagerie biologique.”

Créer un œil sensible

Les technologies d’imagerie hors ligne de mire utilisent des photodétecteurs pour détecter plusieurs rayons de lumière réfléchie émis ou réfléchis par des objets situés en dehors de la ligne de mire. Contrairement aux techniques traditionnelles d’imagerie en visibilité directe telles que le LiDAR et la photographie, la lumière détectée pour l’imagerie sans visibilité directe est très faible. Cela nécessite des détecteurs à très haute sensibilité.

“Nous avons conçu et fabriqué un détecteur monophotonique à nanofils supraconducteurs qui agit comme un œil très sensible pour voir un objet caché dans un coin”, a déclaré Hu. “Ce détecteur surpasse les autres détecteurs à photon unique en termes d’efficacité de détection dans les plages spectrales infrarouge proche et moyen, ce qui a permis d’effectuer une imagerie sans visibilité directe à des longueurs d’onde plus longues.”

Les détecteurs supraconducteurs à photon unique à nanofils sont basés sur le fait qu’un seul photon perturbe la supraconductivité. Cela crée un changement mesurable dans la résistance électrique qui permet la détection de photons individuels avec une grande efficacité. Dans le nouveau travail, les chercheurs ont créé un détecteur à photon unique avec des nanofils de 40 nm de large disposés selon un motif fractal.

Ce motif, qui présente des formes similaires à différents grossissements, permet de détecter efficacement les photons dans toutes les polarisations. Le détecteur a été refroidi à ~2 K (juste au-dessus du zéro absolu), ce qui est nécessaire pour atteindre la supraconductivité.

Imagerie dans l’infrarouge

Après avoir démontré que leur détecteur à photon unique à nanofil supraconducteur présentait une meilleure résolution temporelle et un bruit plus faible qu’une diode à avalanche à photon unique InGaAs/InP, les chercheurs ont utilisé le nouveau détecteur pour acquérir une imagerie sans visibilité directe à 1 560 et 1 997 nm. . Ils ont atteint une résolution spatiale inférieure à 2 cm pour les deux longueurs d’onde. Ils ont également montré que les images reconstruites à l’aide de leur nouvel algorithme présentaient une erreur quadratique moyenne significativement inférieure – une mesure de l’écart par rapport à l’image idéale – que celles reconstruites à l’aide d’autres méthodes.

Les chercheurs s’efforcent désormais d’étendre leurs travaux en explorant d’autres longueurs d’onde intéressantes et en examinant comment la disposition de plusieurs détecteurs monophotoniques à nanofils supraconducteurs en réseaux pourrait permettre des capacités supplémentaires. Ils souhaitent également expérimenter l’utilisation de leur nouveau système pour obtenir des images sans visibilité directe sur de plus longues distances pendant la journée.