Fortschrittliche THz-Bildgebungskamera enthüllt hochauflösende Innenansichten fester Objekte

Ein Team hat eine nichtlineare Kamera entwickelt, die hochauflösende Bilder des Inneren fester Objekte mit Terahertz (THz) elektromagnetischen Wellen aufnehmen kann. Bilder, die mit THz-Strahlung erzeugt werden, werden hyperspektral genannt, weil das Bild aus Pixeln besteht, die jeweils die elektromagnetische Signatur des Objekts an diesem Punkt enthalten.

Zwischen Mikrowellen und Infrarot im elektromagnetischen Spektrum liegend, durchdringt THz-Strahlung Materialien wie Papier, Kleidung und Kunststoff ähnlich wie Röntgenstrahlen, aber ohne schädlich zu sein. Sie ist sicher für sogar die empfindlichsten biologischen Proben. THz-Bildgebung macht es möglich, die molekulare Zusammensetzung von Objekten zu sehen und zwischen verschiedenen Materialien wie Zucker und Kokain zu unterscheiden.

Der Fingerabdruck aller Bilddetails wird so bewahrt, dass die Natur des Objekts vollständig untersucht werden kann. Bislang wurden Kameras, die ein hyperspektrales Bild mit feinen Details, die durch THz-Strahlung enthüllt werden, aufnehmen können, nicht als möglich betrachtet.

Das Team nutzte eine Einzelpixel-Kamera, um Probenobjekte mit Mustern von THz-Licht abzubilden. Der Prototyp kann detektieren, wie das Objekt verschiedene Muster von THz-Licht verändert. Durch Kombination dieser Information mit der Form jedes ursprünglichen Musters enthüllt die Kamera das Bild eines Objekts sowie seine chemische Zusammensetzung.

THz-Strahlungsquellen sind sehr schwach und hyperspektrale Bildgebung hatte bislang begrenzte Fidelität. Um dies zu überwinden, strahlte das Team einen Standardlaser auf ein einzigartiges nichtlineares Material, das sichtbares Licht in THz umwandeln kann. Der Prototyp der Kamera erzeugt THz-Elektromagnetwellen sehr nah an der Probe, ähnlich wie ein Mikroskop funktioniert. Da THz-Wellen direkt durch ein Objekt hindurchgehen können, ohne es zu beeinflussen, enthüllen die resultierenden Bilder die Form und Zusammensetzung von Objekten in drei Dimensionen.

Die nächste Forschungsphase wird in der Beschleunigung des Bildrekonstruktionsprozesses und der Anwendung von THz-Kameras auf reale Anwendungen wie Flughafensicherheit, intelligente Autosensoren, Qualitätskontrolle in der Fertigung und Scanner zur Erkennung von Gesundheitsproblemen wie Hautkrebs liegen.