3D-beeldvorming met optische frequentiekammen

Holografie is een krachtige fotografische technologie voor een lensloos lichtveld voor 3D-beeldvorming en -weergave. Nu brengen wetenschappers van het Max Planck Institute for Quantum Optics holografie vooruit door het te implementeren met behulp van optische frequentiekammen. Duizenden hologrammen kunnen worden vastgelegd op alle kleuren van de regenboog. Door middel van digitale verwerking levert elk hologram een ​​driedimensionaal beeld van de scène waar de scherpstelafstand naar believen kan worden gekozen. De combinatie van al deze hologrammen maakt de geometrische vorm van het 3D-object met hoge precisie en zonder dubbelzinnigheid. Tegelijkertijd kunnen andere diagnoses worden gesteld met frequentiekammen: hier demonstreren wetenschappers moleculair selectieve beeldvorming van een wolk van ammoniakdamp.

Frequentiekammen worden driedimensionaal

Melden in Natuurfotonica, demonstreert een internationaal team van wetenschappers in de groep van Nathalie Piquet aan het Max Planck Institute for Quantum Optics (MPQ) in Garching, Duitsland, een nieuwe beeldvormingstechniek met Optische frequentiekammen.

Visueel twijfelen De kamgenerator zendt een regelmatige reeks korte laserpulsen uit. Het spectrum bestaat uit een groot aantal scherpe spectrale kamlijnen die met gelijke precisie op afstand van elkaar zijn geplaatst. Zoals Frequentie kammen Het maakte het mogelijk om de trillingen van een lichtgolf met hoge nauwkeurigheid te berekenen. Theodor Hansch, hoofd laserspectroscopie bij MPQ, deelde in 2005 de Nobelprijs voor natuurkunde voor deze uitvinding. Vervolgens werden in de “twee-kammige spectroscopie”-techniek ontwikkeld bij MPQ in de groep van Nathalie Picqué, alle frequentiekam-spectraallijnen gebruikt om gelijktijdig een monster over een breed spectraalbereik te ondervragen, en de kamlijnen van een tweede laser overlappen elkaar met een iets andere tussenruimte. op de detector Snelle scan om te lezen.

De nieuwe beeldvormingsmethode van digitale hyperspectrale holografie strekt zich uit van dezelfde methode van interferometrie tot holografie. “De opstelling ziet er bedrieglijk eenvoudig uit. Er worden slechts twee kamgeneratoren gebruikt met iets verschillende pulsherhalingsfrequenties, een gedeeltelijke bundelsplitsende spiegel en een snelle lensloze digitale camerasensor”, legt postdoctoraal onderzoeker Edoardo Vicenini uit.

Een 3D-object wordt verlicht door een van de pulstreinen en het verstrooide licht wordt door de bundelsplitser naar de camerasensor geleid. De tweede pulsreeks wordt naar dezelfde sensor gestuurd als de referentiebundel. De camera legt een ruimtelijk interferentiepatroon vast dat in de loop van de tijd verandert, omdat de twee lasers hun pulsen met een variërend tijdsinterval uitzenden. een video-opname van dit interferentiepatroon wordt getoond in een extra video die verkrijgbaar is bij Natuurfotonica.

Bij conventionele holografie wordt een nauwkeurig interferentiepatroon op film vastgelegd en door dit hologram te belichten met een laserstraal worden de oorspronkelijke golffronten van het object door optische diffractie gereconstrueerd. Bij digitale holografie wordt de oorspronkelijke scène gereconstrueerd door een computerprogramma dat dit proces simuleert. In een van de gerapporteerde experimenten werden twee valuta’s op verschillende afstanden als objecten gebruikt. Tijdens digitale reconstructie kan de focusafstand worden gewijzigd, zodat een van de munten scherp wordt weergegeven en de andere wazig, zoals te zien is in de video.

“Ik was opgetogen toen ik Matlab aan het werk zette, waarmee we vrij snel onze film van gereconstrueerde beelden kunnen produceren”, zegt Theodore Hansch. “Met een snellere megapixelcamera kan de hoeveelheid vastgelegde gegevens echter behoorlijk groot worden, waardoor gegevensverwerking moeilijker wordt.”

Nathalie Pique, pionier van dual-kam spectroscopie, zegt:kam Interferometers produceren al verbluffende resultaten, zowel in spectroscopie als in band. De unieke combinatie van brede spectrale bandbreedte, lange temporele coherentie en meerdere heterogene uitlezingen bieden krachtige nieuwe functies voor holografische beeldvorming. Onze technologie zal waarschijnlijk nieuwe grenzen verleggen in 3D-scannen en schaalvrije reconstructie van golffronten. Bovendien zal het spannend zijn om het potentieel voor microscopie van biologische monsters te onderzoeken.”