Imagen tridimensional con peines de frecuencia óptica

La holografía es una técnica poderosa para fotografiar un campo de luz sin una lente para imágenes y visualización en 3D. Ahora, los científicos del Instituto Max-Planck de Óptica Cuántica están llevando la holografía más allá al implementarla con peines de frecuencia óptica. Se pueden registrar miles de hologramas sobre todos los colores del arco iris. A través del procesamiento digital, cada holograma proporciona una imagen tridimensional de la escena en la que se puede elegir la distancia de enfoque a voluntad. La combinación de todos estos hologramas representa la forma geométrica del objeto tridimensional con alta precisión y sin ambigüedad. Al mismo tiempo, se pueden realizar otros diagnósticos mediante peines de frecuencia: aquí, los científicos muestran imágenes selectivas de moléculas en una nube de vapor de amoníaco.

Peines de frecuencia 3D

reportando Fotónica de la naturaleza, un equipo internacional de científicos del grupo de Nathalie Picqué en el Instituto Max-Planck de Óptica Cuántica (MPQ) en Garching, Alemania, demuestra una nueva técnica de imagen con peines de frecuencia óptica.

una óptica frecuencia El generador de peine emite una secuencia regular de pulsos de láser cortos. El espectro consta de un gran número de líneas de peine espectrales nítidas y espaciadas con precisión. Tal peines de frecuencia hizo posible contar las oscilaciones de una onda de luz con gran precisión. Theodor Hänsch, jefe de la División de Espectroscopía Láser de MPQ, compartió el Premio Nobel de Física 2005 por esta invención. Posteriormente, en la técnica de «espectroscopia de doble peine» desarrollada en MPQ en el grupo de Nathalie Picqué, se utilizaron todas las líneas espectrales de un peine de frecuencia para interrogar una muestra simultáneamente en un amplio rango espectral, y las líneas de peine de un peine de frecuencia El segundo láser con un espaciado ligeramente diferente interfiere con un fotodetector de lectura rápida.

El nuevo método de imagen holográfica digital hiperespectral extiende el mismo método de interferencia a la imagen holográfica. «La configuración parece engañosamente simple. Utiliza solo dos generadores de peine con tasas de repetición de pulso ligeramente diferentes, un espejo divisor de haz de transmisión parcial y un sensor de cámara digital rápida sin lentes», explica el investigador postdoctoral Edoardo Vincentian

Un objeto 3D es iluminado por uno de los trenes de pulsos y la luz dispersa se dirige a través del divisor de haz al sensor de la cámara. El segundo tren de pulsos se dirige al mismo sensor que un haz de referencia. La cámara registra un patrón de interferencia espacial que cambia con el tiempo, ya que los dos láseres emiten sus pulsos con una separación variable en el tiempo. UN grabación de vídeo de tal patrón de interferencia se muestra en un video complementario disponible en Fotónica de la naturaleza.

En la holografía tradicional, se registra un patrón de interferencia fino en la película, y la iluminación de este holograma con un rayo láser recrea los frentes de onda originales del objeto mediante difracción óptica. En la holografía digital, la escena original es reconstruida por un programa de computadora que imita este proceso. En uno de los experimentos informados, dos monedas a diferentes distancias se utilizan como objetos. Durante la reconstrucción digital, la distancia de enfoque se puede cambiar para que una moneda aparezca enfocada mientras que la otra aparece desenfocada, como se ilustra en el video.

«Me emocioné cuando puse en funcionamiento un programa de Matlab, que pudo producir nuestra película de metraje reconstruido con bastante rapidez», dijo Theodor Hänsch. «Sin embargo, con una cámara con una resolución de megapíxeles más rápida, la cantidad de datos grabados puede llegar a ser bastante grande, por lo que el procesamiento de datos será más desafiante».

Nathalie Picqué, pionera de la espectroscopia de doble peine, dice: «Dual-peinar Los interferómetros ya producen resultados asombrosos en espectroscopia y en variaciones. La combinación única de amplio ancho de banda espectral, coherencia temporal prolongada y legibilidad multiheterodina ofrece nuevas y potentes funciones para la holografía. Nuestra técnica probablemente conquistará nuevas fronteras en la reconstrucción de frente de onda sin escanear y la metrología tridimensional. Además, será interesante explorar su potencial para la microscopía de muestras biológicas. »