Rappresentazione artistica del campo terahertz trasmessa da un oggetto astratto. Credits: Università del Sussex

Introduzione

Un team di fisici dell’Università del Sussex ha sviluppato, con successo, la prima nonlinear camera in grado di catturare immagini ad alta risoluzione dell’interno di oggetti solidi usando la radiazione terahertz (THz).

La ricerca è stata pubblicata su The Optical Society.

Radiazioni Iperspettrali

Guidati dal professor Marco Peccianti dell’Emergent Photonics (EPic) Lab, Luana Olivieri, il dott. Juan S. Totero Gongora e un team di studenti di ricerca, hanno costruito un nuovo tipo di telecamera THz in grado di rilevare onde elettromagnetiche THz con una precisione senza precedenti.

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

Tra le microonde e gli infrarossi nello spettro elettromagnetico, le radiazioni THz penetrano facilmente in materiali come carta, vestiti e plastica allo stesso modo dei raggi X, ma senza essere dannose. È sicuro da usare anche con i campioni biologici più delicati. Grazie all’imaging, è possibile “vedere” la composizione molecolare degli oggetti e distinguere tra materiali diversi, come ad esempio zucchero e cocaina.

Spiegando il significato del loro successo, il Prof. Peccianti ha dichiarato: “La sfida principale nelle telecamere THz non è quella di raccogliere un’immagine, ma di preservare l’impronta digitale spettrale degli oggetti che può essere facilmente corrotta dalla tua tecnica. È qui che sta l’importanza del nostro successo. L’impronta digitale di tutti i dettagli dell’immagine è conservata in modo tale da poter investigare sulla natura dell’oggetto in dettaglio“.

Fino ad ora, non si riteneva possibile una telecamera in grado di catturare un’immagine iperspettrale preservando tutti i minimi dettagli rivelati dalla radiazione THz.

La videocamera per immagini 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.

Il team EPic Lab ha utilizzato una telecamera a pixel singolo per immagini di oggetti campione con pattern di THz light ed il prototipo che hanno costruito è in grado di rilevare come l’oggetto modifichi questi ultimi. Combinando queste informazioni con la forma di ogni pattern originale, la fotocamera rivela l’immagine di un oggetto e la sua composizione chimica.

L’utilizzo del laser

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

Il dott. Totero Gongora ha dichiarato: “Questo è un grande passo avanti perché abbiamo dimostrato che tutte le possibilità esplorate nella nostra precedente ricerca teorica non sono solo fattibili, ma la nostra macchina fotografica 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“.

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