À l'aide d'une caméra à un seul pixel et d'ondes électromagnétiques térahertz, une équipe de physiciens de l'Université du Sussex a mis au point un plan qui pourrait conduire au développement de scanners d'aéroport capables de détecter les explosifs.

Mademoiselle Luana Olivieri, doctorat étudiant et Dr Juan Sebastian Totero Gongora, un chercheur en photonique expérimentale du laboratoire de photonique émergent dirigé par le professeur Marco Peccianti et le Dr Alessia Pasquazi, ont trouvé un moyen innovant de capturer avec une grande précision, pas seulement la forme d'un objet, mais aussi sa composition chimique à l'aide d'une caméra spéciale « monopoint » capable de fonctionner aux fréquences Térahertz (THz).

Bien que leur travail soit principalement théorique à ce stade - ils ont introduit un nouveau concept d'imagerie nommé Nonlinear Ghost Imaging - leur capacité à capturer une image plus détaillée par rapport aux études précédentes leur a valu un prestigieux article en première page de la revue scientifique, ACS Photonique .

Le Dr Juan Sebastian Totero Gongora a déclaré :« Notre approche produit un nouveau type d'image qui est assez différent de ce que vous obtiendriez d'un appareil photo standard à un seul pixel car il fournit beaucoup plus d'informations sur l'objet. Par rapport aux images à un seul pixel précédentes, nous avons également démontré que notre résolution est intrinsèquement plus élevée."

Situé entre les micro-ondes et l'infrarouge dans le spectre électromagnétique, Le rayonnement térahertz a une longueur d'onde beaucoup plus grande que la lumière visible. Il peut facilement pénétrer plusieurs matériaux courants comme le papier, vêtements et plastiques conduisant au développement d'une technologie de numérisation de sécurité et de contrôle de fabrication qui permet aux gens de voir à l'intérieur des objets et des emballages.

Le rayonnement provoque une réponse différente des échantillons biologiques cependant, permettant aux chercheurs de classer des matériaux qui sont presque impossibles à distinguer avec la lumière visible.

Les scientifiques pensent que les ondes THz pourraient avoir un potentiel énorme dans le développement d'applications critiques telles que la détection d'explosifs, diagnostic médical, contrôle de la qualité dans la fabrication et la sécurité alimentaire.

Le défi, cependant, réside dans le développement de caméras fiables et économiques ainsi que dans la capacité d'identifier des objets plus petits que la longueur d'onde.

Mais, en adoptant une approche différente des études antérieures dans ce domaine, l'équipe de l'Emergent Photonics Lab a peut-être trouvé un moyen de surmonter ces limitations.

Alors que des recherches antérieures ont illuminé des objets avec de nombreux motifs de lumière laser dans une seule couleur pour extraire une image, les chercheurs ont illuminé un objet avec des motifs de lumière THz qui contiennent un large spectre de couleurs.

Une caméra à un seul pixel (plutôt qu'une caméra standard contenant plusieurs pixels comme vendue dans la rue) peut capturer la lumière réfléchie par l'objet pour chaque motif. Dans l'étude de l'équipe, ils ont découvert que la caméra peut détecter comment l'impulsion de lumière est modifiée dans le temps par l'objet (même si l'impulsion THz est un événement extrêmement court). En combinant ces informations avec la forme connue des motifs, la forme de l'objet et sa nature sont révélées.

La technique peut rappeler la façon dont le cerveau développe la compréhension dans la vision en se concentrant séparément sur différents éléments, puis en fusionnant les informations pertinentes.

Le professeur Marco Peccianti a ajouté :« Il s'agit d'un développement vraiment important et nous sommes vraiment heureux que ACS Photonique décidé de mener nos recherches sur leur couverture. Les approches précédentes des caméras THz à pixel unique ne peuvent pas préserver l'intégralité des informations sur un objet, mais nous avons compris où se situait le problème et identifié un moyen d'extraire une image plus complète.

"Nous espérons qu'un système similaire au nôtre pourra être utilisé dans des applications réelles en biologie, médecine et sécurité pour déterminer la composition chimique d'un objet et sa répartition spatiale en une seule étape."

Les découvertes de l'équipe constituent une amélioration considérable par rapport aux technologies établies et pourraient avoir un impact énorme au-delà du domaine des caméras THz.

Par exemple, leur technique pourrait être utilisée pour concevoir des caméras à haute résolution dans d'autres gammes de fréquences qui pourraient ensuite faire partie de la technologie des capteurs de collision, scanner corporel ou radars ultra-rapides pour les voitures autonomes.

Les chercheurs poursuivent maintenant leurs recherches, qui repose en grande partie sur des simulations, pour démontrer expérimentalement leur dispositif.

'Imagerie fantôme non linéaire résolue dans le temps par Luana Olivieri, Juan S. Totero Gongora, Alessia Pasquazi et Marco Peccianti a été publié dans ACS Photonique le 15 août 2018.