ثبت تصاویر ۳D با نور نامرئی با ترکیب فیزیک کوانتومی و هولوگرافی_صبح سریع
[ad_1]
به گزارش صبح سریع
دو دانشجوی مقطع کارشناسی دانشگاه براون موفق به گسترش یک فناوری نوین تصویربرداری میکروسکوپی شده‌اند که با منفعت‌گیری از اتفاق درهم‌تنیدگی کوانتومی، توانایی ثبت تصاویر سه‌بعدی هولوگرافیک را با دقت زیاد بالا فراهم می‌کند؛ روشی که می‌تواند برای همیشه قضیه قدیمی «پیچش فاز» را در تصویربرداری نوری حل کند.
به گزارش thedebrief یمِنگ ژانگ و وِنیو لیو، دو دانشجوی کارشناسی رشته فیزیک مهندسی، پروژه نوآورانه خود را در کنفرانس بین‌المللی «لیزر‌ها و الکترواپتیک» اراعه کردند. این پروژه تحت راهنمایی پتر موروشکین، پژوهشگر ارشد و جیمی شو انجام شد.
تصویربرداری با نور نامرئی
در این فناوری نوین از دو طیف نوری متفاوت منفعت گیری شده است: نور مادون قرمز برای تاباندن به مقصد و نور مرئی درهم‌تنیده با آن برای ثبت عکس. این روش امکان تصویربرداری از شدت و فاز نور را فراهم می‌کند و در نتیجه، تصاویر واقعی هولوگرافیک با کیفیت زیاد بالا تشکیل می‌شود.
ژانگ در تشریح این روش او گفت: «ما روش جدیدی به نام هولوگرافی چندطولی‌موجی کوانتومی معارفه کرده‌ایم. این تکنیک به ما اجازه می‌دهد اطلاعات دقیق‌تری از ضخامت و ساختار جسم مورد نظر به‌دست آوریم و در نتیجه، بتوانیم با منفعت گیری از فوتون‌های غیرمستقیم، تصاویر سه‌بعدی دقیقی تشکیل کنیم.»
شو در ادامه او گفت: «در واقع می‌توان این کار را تصویربرداری مادون‌قرمز بدون منفعت گیری از دوربین مادون‌قرمز نامید. این ادعا غیرممکن به‌نظر می‌رسد، اما آنها موفق به انجام آن شدند و در این فرایند، رزولوشن عمقی زیاد بالایی در تصاویر حاصل شده است.»
تصویربرداری کوانتومی چطور عمل می‌کند؟
برخلاف تصویربرداری با اشعه ایکس یا عکاسی سنتی که بر پایه نور بازتاب‌یافته از سطح جسم عمل می‌کنند، تصویربرداری کوانتومی از اتفاق مشهور «کنش شبح‌وار از دور» منفعت می‌برد؛ اتفاق‌ای که در آن، دو فوتون درهم‌تنیده حتی اگر در فواصل زیاد از هم قرار داشته باشند، هم چنان به یکدیگر وابسته باقی می‌همانند.
در این فرایند، یک فوتون با گفتن «ایدلر» ماموریت اسکن مقصد را دارد و فوتون دیگر که «سیگنال» نامیده می‌شود برای آشکارسازی به‌کار می‌رود. با آشکارسازی فوتون ایدلر، عکس دقیق از مقصد بازسازی می‌شود.
تیم تحقیقاتی دانشگاه براون از یک بلور غیرخطی برای تشکیل فوتون‌های درهم‌تنیده منفعت گیری کرده است. این فوتون‌ها شامل یک فوتون مادون‌قرمز (ایدلر) و یک فوتون مرئی (سیگنال) می باشند. بعد از آزمایش‌های گوناگون، این تیم دریافت که ترکیب نور مادون‌قرمز برای تابش و نور مرئی برای آشکارسازی، بهترین نتیجه را اراعه می‌دهد.
لیو در این‌باره او گفت: «طول‌موج‌های مادون‌قرمز به‌علت توانایی نفوذ در پوست و ایمن‌بودن برای ساختار‌های زیستی، گزینه‌ای مناسب برای تصویربرداری زیستی می باشند، اما تجهیزات آشکارسازی آنها زیاد گران‌قیمت است. مزیت روش ما این است که با وجود منفعت گیری از نور مادون‌قرمز برای اسکن، از نور مرئی برای تصویربرداری منفعت گیری می‌کنیم، به این علت می‌توان از آشکارساز‌های سیلیکونی ارزان‌قیمت منفعت برد.»
یکی از چالش‌های بزرگ در تصویربرداری سه‌بعدی با منفعت گیری از فاز نور، قضیه پیچش فاز (Phase Wrapping) است. در این حالت، به‌علت محدودیت فاز نور در اندازه‌گیری عمق، برخی ویژگی‌های عمیق جسم با ویژگی‌های سطحی در یک سطح قرار می‌گیرند و علتخطای تصویربرداری خواهد شد.
تیم تحقیقاتی براون با منفعت گیری از دو مجموعه فوتون درهم‌تنیده با طول‌موج‌های متفاوت، توانست این مشکل را رفع کند. این کار علتافزایش قابل دقت محدوده اندازه‌گیری عمق شد و دقت عکس نهایی را بالا برد.
لیو در این عرصه گفت: «با منفعت گیری از دو طول‌موج نزدیک به هم، یک طول‌موج ترکیبی مصنوعی تشکیل کردیم که نزدیک به ۲۵ برابر بزرگ‌تر از طول‌موج‌های اولیه است. این کار علتشد بتوانیم طیف گسترده‌تری از عمق، همانند ساختار‌های سلولی زیستی، را به‌طور دقیق اندازه‌گیری کنیم.»
تصویربرداری از سخن B فلزی
به‌گفتن بخشی از پروژه، این دو دانشجو با مقصد ادای احترام به دانشگاه براون، یک سخن B به طول ۱.۵ میلی‌متر از فلز ساختند و با منفعت گیری از فناوری گسترش‌یافته‌شان، عکس سه‌بعدی هولوگرافیکی از آن تهیه کردند. این آزمایش موفق، اثباتی بر توانمندی درهم‌تنیدگی کوانتومی در تشکیل تصاویر دقیق و سه‌بعدی می بود.
به پاس این نوآوری، لیو موفق به دریافت جایزه یوناتا (Ionata) از سوی دانشکده مهندسی دانشگاه براون شد؛ جایزه‌ای که به پروژه‌های جدا گانه با خلاقیت و نوآوری اختصاصی تعلق می‌گیرد.
در آخر، ژانگ او گفت: «ما سال‌ها مقالات پیشگامان این حوزه را می‌خواندیم و این‌که توانستیم در این کنفرانس شرکت کنیم و با برخی از آنها دیدار کنیم، واقعاً توانایی‌ای شگفت‌انگیز می بود.»
دسته بندی مطالب
[ad_2]