Schéma du montage expérimental montrant une porte temporelle fan out (TFO) représentée par la case en pointillé jaune, qui comprend un dispositif numérique à micromiroir. La direction de propagation de l'impulsion ultrarapide d'entrée préparée, provenant de la case pointillée bleue, est représenté en rose. Les lignes rouges foncées représentent le front d'impulsion correspondant. Crédits :Jiapeng Zhao
Quand nous regardons un objet avec nos yeux, ou avec une caméra, nous pouvons collecter automatiquement suffisamment de pixels de lumière à des longueurs d'onde visibles pour avoir une image claire de ce que nous voyons.
Cependant, visualiser un objet ou un phénomène quantique où l'éclairement est faible, ou émanant de longueurs d'onde infrarouges non visibles ou infrarouges lointains, les scientifiques ont besoin d'outils beaucoup plus sensibles. Par exemple, ils ont développé l'imagerie à pixel unique dans le domaine spatial comme un moyen de regrouper et de structurer spatialement autant de photons que possible sur un seul détecteur de pixel, puis de créer une image à l'aide d'algorithmes de calcul.
De la même manière, dans le domaine temporel, lorsqu'un signal ultrarapide inconnu est soit faible, ou dans les longueurs d'onde infrarouges ou infrarouges lointains, la capacité de l'imagerie à pixel unique à le visualiser est réduite. Basé sur la dualité spatio-temporelle des impulsions lumineuses, Des chercheurs de l'Université de Rochester ont développé une technique d'imagerie à pixel unique dans le domaine temporel, décrit dans Optique , qui résout ce problème, détection de 5 impulsions lumineuses ultrarapides femtojoules avec une taille d'échantillonnage temporel jusqu'à 16 femtosecondes. Cette analogie temporelle de l'imagerie monopixel présente des avantages similaires à ses homologues spatiales :une bonne efficacité de mesure, une sensibilité élevée, la robustesse contre les distorsions temporelles et la compatibilité à plusieurs longueurs d'onde.
Auteur principal Jiapeng Zhao, un doctorat étudiant en optique à l'université de Rochester, dit que les applications possibles incluent un outil spectrographique très précis, démontré qu'il atteint une précision de 97,5% dans l'identification des échantillons à l'aide d'un réseau de neurones convolutifs avec cette technique.
Comparaison de l'imagerie mono-pixel, à gauche, et l'imagerie à pixel unique dans le domaine temporel (TSPI) à droite. Dans une configuration d'imagerie à pixel unique typique, le détecteur à photodiode n'a qu'un seul pixel et ne fournit donc aucune résolution spatiale. Dans TPSI, la photodiode, qui n'a pas la bande passante temporelle pour résoudre par lui-même les signaux ultrarapides, fonctionne comme le détecteur « à un seul pixel » dans le domaine temporel et est utilisé en conjonction avec une porte de sortance temporelle programmable basée sur un dispositif numérique à micromiroir. Crédits :Jiapeng Zhao
La technique peut également être combinée avec une imagerie à pixel unique pour créer un système d'imagerie hyperspectrale computationnelle, dit Zhao, qui travaille dans le groupe de recherche Rochester de Robert Boyd, professeur d'optique. Le système peut considérablement accélérer la détection et l'analyse d'images dans de larges bandes de fréquences. Cela pourrait être particulièrement utile pour les applications médicales, où la détection de la lumière non visible émanant des tissus humains à différentes longueurs d'onde peut indiquer des troubles tels que l'hypertension artérielle.
"En couplant notre technique avec l'imagerie monopixel dans le domaine spatial, nous pouvons avoir une bonne image hyperspectrale en quelques secondes. C'est beaucoup plus rapide que ce que les gens ont fait avant, " dit Zhao.
