Obrazowanie 3D za pomocą grzebieni częstotliwości optycznych

Holografia to zaawansowana technologia fotograficzna zapewniająca bezsoczewkowe pole światła do obrazowania i wyświetlania 3D. Teraz naukowcy z Instytutu Optyki Kwantowej im. Maxa Plancka posuwają naprzód holografię, wdrażając ją za pomocą grzebieni częstotliwości optycznych. Tysiące hologramów można zarejestrować we wszystkich kolorach tęczy. Dzięki cyfrowemu przetwarzaniu każdy hologram zapewnia trójwymiarowy obraz sceny, w którym odległość ogniskowania można dowolnie dobierać. Połączenie tych wszystkich hologramów sprawia, że ​​geometryczny kształt obiektu 3D jest bardzo precyzyjny i pozbawiony dwuznaczności. Jednocześnie za pomocą grzebieni częstotliwości można postawić inne diagnozy: tutaj naukowcy demonstrują molekularnie selektywne obrazowanie chmury oparów amoniaku.

Grzebienie częstotliwości stają się trójwymiarowe

Raportowanie w Fotonika przyrody, międzynarodowy zespół naukowców z grupy Nathalie Piquet w Instytucie Optyki Kwantowej im. Maxa Plancka (MPQ) w Garching w Niemczech, demonstruje nową technikę obrazowania przy użyciu Optyczne grzebienie częstotliwości.

Wizualny wahać się Generator grzebieniowy emituje regularne serie krótkich impulsów laserowych. Widmo składa się z dużej liczby ostrych linii grzebienia widmowego rozmieszczonych z równą precyzją. Jak na przykład Grzebienie częstotliwości Umożliwiło to obliczenie drgań fali świetlnej z dużą dokładnością. Theodor Hansch, kierownik spektroskopii laserowej w MPQ, podzielił nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 2005 r. za ten wynalazek. Następnie, w technice „dwugrzebieniowej spektroskopii” opracowanej w MPQ w grupie Nathalie Picqué, wszystkie linie widmowe grzebienia częstotliwości zostały użyte do jednoczesnego zbadania próbki w szerokim zakresie spektralnym, a linie grzebienia drugiego lasera nakładały się z nieco innymi odstępami na detektorze Szybkie skanowanie do odczytu.

Nowa metoda obrazowania cyfrowej holografii hiperspektralnej rozciąga się od tej samej metody interferometrii do holografii. „Konfiguracja wygląda na zwodniczo prostą. Wykorzystuje tylko dwa generatory grzebieniowe o nieco różnych częstotliwościach powtarzania impulsów, zwierciadło z częściowym rozszczepieniem wiązki i szybki czujnik aparatu cyfrowego bez obiektywu” – wyjaśnia badacz z tytułem doktora, Edoardo Vicenini.

Obiekt 3D jest oświetlany przez jeden z ciągów impulsów, a rozproszone światło jest kierowane przez dzielnik wiązki do czujnika kamery. Drugi ciąg impulsów jest kierowany do tego samego czujnika co wiązka odniesienia. Kamera rejestruje przestrzenny wzór interferencji, który zmienia się w czasie, ponieważ dwa lasery emitują swoje impulsy w różnych odstępach czasu. a nagrywanie wideo tego wzoru interferencji pokazano w dodatkowym filmie dostępnym od Fotonika przyrody.

W konwencjonalnej holografii precyzyjny wzór interferencyjny jest rejestrowany na kliszy, a oświetlanie tego hologramu wiązką laserową odtwarza oryginalne fronty fal obiektu za pomocą dyfrakcji optycznej. W holografii cyfrowej oryginalna scena jest rekonstruowana przez program komputerowy, który symuluje ten proces. W jednym z zgłoszonych eksperymentów jako obiekty użyto dwóch walut znajdujących się w różnych odległościach. Podczas rekonstrukcji cyfrowej odległość ogniskowania można zmienić tak, aby jedna moneta była wyostrzona, a druga rozmazana, jak pokazano na filmie.

„Byłem zachwycony, kiedy uruchomiłem Matlaba do pracy, który może dość szybko wyprodukować nasz film ze zrekonstruowanych obrazów” — mówi Theodore Hansch. „Jednak z szybszym aparatem megapikselowym ilość rejestrowanych danych może stać się dość duża, przez co przetwarzanie danych staje się trudniejsze”.

Nathalie Pique, pionierka spektroskopii dwugrzebieniowej, mówi:grzebień Interferometry już teraz dają niesamowite wyniki zarówno w spektroskopii, jak iw paśmie. Unikalne połączenie szerokiego pasma spektralnego, długiej spójności czasowej i wielu heterogenicznych odczytów zapewnia potężne nowe funkcje obrazowania holograficznego. Nasza technologia prawdopodobnie podbije nowe granice w skanowaniu 3D i bezskalowej rekonstrukcji czoła fali. Co więcej, badanie jego potencjału w mikroskopii próbek biologicznych będzie ekscytujące”.