Ciencias

Imagen tridimensional con peines de frecuencia óptica

Fig. 1: Holografía digital de doble peine. El tren de pulsos regular de un generador de peine de frecuencia ilumina un objeto (aquí, dos monedas en reflexión). La onda que se extiende por el objeto interfiere espacial y temporalmente con la de un peine de referencia en una matriz de detectores sin lentes. Crédito: DOI: 10.1038 / s41566-021-00892-x

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. »


Los científicos registran amplios espectros de unos cien mil colores en una oscuridad casi completa.


Mas informaciones:
Edoardo Vicentini et al, holografía digital hiperespectral de doble peine, Fotónica de la naturaleza (2021). DOI: 10.1038 / s41566-021-00892-x

Proporcionado por
Sociedad Max Planck

Cita: Imagen tridimensional con peines de frecuencia óptica (2021, 2 de diciembre) recuperada el 2 de diciembre de 2021 de https://phys.org/news/2021-12-three-dimensional-imaging-optical-frequency.html

Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, no se puede reproducir ninguna parte sin permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.

READ  El movimiento del sistema solar a través de los brazos espirales galácticos de la Vía Láctea ayudó a formar los primeros continentes de la Tierra.

Prudencia Febo

"Explorador. Entusiasta de la cerveza. Geek del alcohol. Gurú de Internet sutilmente encantador. Erudito de la web en general".

Publicaciones relacionadas

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

Botón volver arriba