Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Công nghệ ghép điểm ảnh đơn cho phép tạo ảnh ở tần số teraherz (07/07/2014)

Ứng dụng một loại siêu vật liệu mới để tạo nên hệ thống chụp ảnh sử dụng bức xạ terahertz có hiệu quả, độ nét cao, có khả năng điều khiển sóng điện từ, giúp thúc đẩy một công nghệ mới có tiềm năng ứng dụng trong chụp ảnh y học và an ninh, đó là nội dung công trình nghiên cứu được một nhóm các nhà khoa học thuộc trường đại học Boston College công bố trên tạp chí Nature Photonics. Công trình nghiên cứu do Giáo sư vật lý Willie Padilla lãnh đạo và được tiến hành hợp tác với các nhà nghiên cứu thuộc Đại học New Mexico và Đại học Duke.

Quy trình quét ảnh đa hợp điểm đơn ("multiplex" single pixel imaging process) có thể điều khiển điện tử các sóng ánh sáng tần số terahertz trong một loại siêu vật liệu mới lạ.

Nhóm nghiên cứu đã phát triển một bộ điều biến ánh sáng không gian (spatial light modulator - SLM) có thể điều chỉnh đa kênh (mutiplex), sử dụng một loạt các màn chắn giống như bộ lọc để thu các mẫu lặp lại nhiều lần về một hình ảnh ở dải tần terahertz, các hình ảnh này sau đó được tái tập hợp lại bằng một máy dò điểm ảnh đơn. Dữ liệu thu được từ các phép đo mã hóa đó được dùng để tái lập lại hình ảnh bằng máy tính với tốc độ nhanh hơn gấp sáu lần so với các thiết bị quét mành tần số THz thông thường. Ngoài ra, thiết bị còn sử dụng nguồn điện năng thấp, hiệu quả.

“Hệ thống tạo ảnh hoạt động rất tốt, đặc biệt là dưới ánh sáng của nguồn điện thấp đến khó tin”, Giáo sư Padilla cho biết. Các hệ thống quét sử dụng dải tần THz truyền thống yêu cầu nguồn năng lượng lớn hơn nhiều so với hệ thống mới được phát triển này.

Các siêu vật liệu mới là những vật liệu điện từ thiết kế có các tính chất quang có thể điều chỉnh được, cho phép chúng tương tác với sóng ánh áng theo những cách thức mới. Các đặc tính độc đáo này đã chứng tỏ rất phù hợp với sóng ánh sáng tần số THz, có bước sóng dài hơn ánh sáng nhìn thấy và vì thế cần đến công nghệ tạo ảnh mới.

Nhóm nghiên cứu đã cân nhắc việc sử dụng các siêu vật liệu để phát triển cấu trúc hình ảnh vượt trội hơn so với các thiết kế camera THz trước đây, vốn dựa vào các bộ dò mảng kích thước cồng kềnh và đắt tiền để sắp xếp hình ảnh. Trọng tâm của thiết bị tiên tiến này là sự phát triển một bộ điều biến ánh sáng không gian được chế tạo từ một cấu trúc siêu vật liệu độc đáo, do các nhà nghiên cứu thuộc trường đại học New Mexico chế tạo. Bộ điều biến này sử dụng một loạt các màn chắn để thu các thông tin chọn lọc từ hình ảnh ở dải tần THz, đạt hiệu quả cao trong việc điều khiển các sóng ánh sáng tần số THz, vốn rất khó nắm bắt nếu sử dụng các hình thức điều khiển tần số khác như cảm biến điện tử hay thiết bị bán dẫn.

Khi có một điện áp điều khiển bằng điện tử được áp vào giữa hai lớp siêu vật liệu, bộ SLM siêu vật liệu điều biến bức xạ THz đã làm thay đổi một cách hiệu quả các đặc tính quang của vật liệu và cho phép chúng hiển thị trên các màn chắn mã hóa được thiết kế để khôi phục hình ảnh tần số THz. Kỹ thuật mã hóa như vậy cho phép các nhà nghiên cứu có thể tiếp cận giá trị mã hóa âm (negative encoding values), để tái tạo hình ảnh có độ chính xác cao hơn.

Thông thường để có được giá trị biên mã âm cần có bộ nguồn và bộ dò nhạy pha (phase-sensitive), các đầu dò đa lớp hay phải tăng gấp đôi các phép đo thực hiện để tạo nên hình ảnh. Nhóm nghiên cứu đã tạo các màn chắn mã hóa và không cần bổ sung thêm bất cứ thiết bị hay phép đo nào. Phương pháp mã hóa hình ảnh mạnh hơn cho phép tăng chất lượng ảnh trong khi làm giảm được thời gian chụp ảnh cần thiết.

Kết quả nghiên cứu cho thấy các siêu vật liệu là một lựa chọn khả thi cho việc chế tạo các bộ điều biến SLM ở bước sóng THz. Nghiên cứu đã chứng tỏ một mẫu hình tạo ảnh mới ở bước sóng dài hơn, và thay vì phải sử dụng đầu dò mảng (detector aray) cồng kềnh và tốn kém trong hệ thống tạo ảnh, giờ đây có thể tạo ra những hình ảnh có độ chính xác cao chỉ với một đầu dò điểm ảnh đơn và một nguồn năng lượng thấp để hoạt động một hệ thống tạo ảnh gọn nhẹ và đỡ tốn kém.

Hệ thống quét ảnh siêu vật liệu tần số THz có những ứng dụng tiềm năng to lớn, theo các nhà nghiên cứu cho biết, công nghệ quét ảnh ở tần số THz có thể sử dụng để kiểm tra các tế bào ung thư da, kiểm tra phát hiện ma túy hay thuốc nổ tại các sân bay và các khu vực an ninh khác, và ghi ảnh cá nhân để kiểm tra vũ khí che dấu.

Nguồn: www.vista.vn (Theo: Nanowerk)