La nuova fotocamera combina laser e onde Terahertz per rivelare dettagli ‘invisibili’ e “Vedi dentro” …


Si tratta di un rendering artistico del campo terahertz trasmesso da un oggetto astratto. Credito: Università del Sussex

La fotocamera Terahertz utilizza modelli di luce laser per “vedere dentro” gli oggetti: l’imaging Terahertz può rivelare piccole caratteristiche nascoste degli esseri viventi.

Un team di fisici dell’Università del Sussex ha sviluppato con successo la prima telecamera non lineare in grado di catturare immagini ad alta risoluzione dell’interno di oggetti solidi utilizzando la radiazione terahertz (THz).

Guidato dal professor Marco Peccianti del laboratorio Photonics (EPic),Luana Oliv Olivieri, Dr. Juan S. Totero Gongora e un team di studenti di ricerca costruito un nuovo tipo di telecamera THz in grado di rilevare le onde elettromagnetiche THz con una precisione senza precedenti.

Le immagini prodotte utilizzando la radiazione THz sono chiamate “iperspettrali” perché l’immagine è costituita da pixel, ognuno contenente la firma elettromagnetica dell’oggetto in quel punto.

Situata tra le microonde e l’infrarosso nello spettro elettromagnetico, la radiazione THz penetra facilmente in materiali come carta, vestiti e plastica allo stesso modo, ma senza essere dannosi. È sicuro da usare anche con i campioni biologici più delicati.  L’imaging THz consente di “vedere” la composizione molecolare degli oggetti e distinguere tra materiali diversi, come ad esempio zucchero e cocaina.

La telecamera di imaging fantasma non lineare, risolta nel tempo, utilizza un cristallo non lineare per convertire la luce laser standard in modelli terahertz, consentendo la ricostruzione di campioni complessi utilizzando un singolo pixel terahertz. Credito: Università del Sussex

Spiegando il significato del loro successo, il professor Peccianti ha detto: “La sfida principale nelle telecamere THz non è la raccolta di un’immagine, ma si tratta di preservare gli oggetti impronte digitali spettrali che possono essere facilmente danneggiati dalla vostra tecnica. È qui che risiede l’importanza del nostro successo. L’impronta digitale di tutti i dettagli dell’immagine viene conservata in modo tale da poter indagare la natura dell’oggetto in dettaglio. “

Fino ad ora, le telecamere in grado di catturare un’immagine iperspettrale preservando tutti i dettagli fini rivelati dalla radiazione THz non erano state considerate possibili.

Il team di EPic Lab ha usato una fotocamera a pixel singolo per immagini di oggetti campione con pattern di luce THz. Il prototipo che hanno costruito è in grado di rilevare il modo in cui l’oggetto altera diversi modelli di luce THz. Combinando queste informazioni con la forma di ogni modello originale, la fotocamera rivela l’immagine di un oggetto e la sua composizione chimica.

Le sorgenti di radiazioni THz sono molto deboli e l’imaging iperspettrale aveva, fino ad ora, una fedeltà limitata. Per superare questo problema, il team del Sussex ha brillato un laser standard su un materiale non lineare unico in grado di convertire la luce visibile in THz. Il prototipo di telecamera crea onde elettromagnetiche THz molto vicine al campione, simili a come funziona un microscopio. Poiché le onde THz possono viaggiare direttamente attraverso un oggetto senza influenzarlo, le immagini risultanti rivelano la forma e la composizione degli oggetti in tre dimensioni.

Il Dr. Totero Gongora ha dichiarato: “Questo è un importante passo avanti perché abbiamo dimostrato che tutte le possibilità esplorate nella nostra precedente ricerca teorica non sono solo fattibili, ma la nostra fotocamera funziona anche meglio di quanto ci aspettassimo. Durante la costruzione del nostro dispositivo, abbiamo scoperto diversi modi per ottimizzare il processo di imaging e ora la tecnologia è stabile e funziona bene. La prossima fase della nostra ricerca sarà accelerare il processo di ricostruzione delle immagini e avvicinarci all’applicazione delle telecamere THz alle applicazioni del mondo reale; come la sicurezza aeroportuale, i sensori intelligenti delle auto, il controllo di qualità nella produzione e persino gli scanner per rilevare problemi di salute come il cancro della pelle.”

Riferimento: “Microscopia terahertz iperspettrale terahertz via ghost-imaging non lineare” di Luana Olivieri, Juan S. Totero Gongora, Luke Peters, Vittorio Cecconi, Antonio Cutrona, Jacob Tunesi, Robyn Tucker, Alessia Pasquazi e Marco Peccianti, 19 febbraio 2020, Optica.
DOI: 10.1364/OPTICA.381035