Dans un monde où la technologie continue de se développer à un rythme rapide, une nouvelle méthode de mesure 3D utilisant l’imagerie fantôme quantique a été révélée, promettant des applications dans divers domaines tels que la biomédecine et la sécurité militaire. Plongeons dans les détails de cette innovation qui pourrait changer notre façon de voir le monde en trois dimensions.
Les chercheurs de l’Institut Fraunhofer d’Optronique, des Technologies de Systèmes et de l’Exploitation d’Images, et de l’Institut de Technologie de Karlsruhe en Allemagne, ont développé une technique d’imagerie qui permet de mesurer en 3D au niveau d’un seul photon, garantissant ainsi la dose de photon la plus faible possible pour toute mesure.
« L’imagerie 3D avec un seul photon pourrait être utilisée pour diverses applications biomédicales, comme le diagnostic des soins oculaires« , a déclaré Carsten Pitsch. « Elle peut être appliquée pour imager des matériaux et des tissus sensibles à la lumière ou des médicaments qui deviennent toxiques lorsqu’ils sont exposés à la lumière sans aucun risque de dommage.«
Ajout d’une troisième dimension
L’imagerie fantôme quantique utilise des paires de photons enchevêtrées pour créer des images. Les dispositifs antérieurs reposaient sur des caméras à dispositif à couplage de charge intensifié (ICCD) qui ne permettaient pas la détection indépendante des photons individuels.
La solution réside dans la mise en place de détecteurs à avalanche monophotonique (SPAD), développés pour la technologie LiDAR et l’imagerie médicale. Ces détecteurs permettent d’enregistrer le temps de détection de chaque pixel avec une résolution de la picoseconde, ouvrant la voie à l’imagerie 3D.
Le chercheur Pitsch a également évoqué une « innovation clé » qui concerne le poling périodique du cristal KTP utilisé pour créer les photons enchevêtrés, permettant une adaptation à de nombreuses autres applications ou longueurs d’onde.
Un dispositif adaptable
Les chercheurs ont démontré les capacités 3D de leur système de détection asynchrone en utilisant deux configurations différentes. Les expériences ont montré que cette détection pouvait être utilisée pour la détection à distance, ce qui pourrait être utile pour les mesures atmosphériques.
Ils travaillent actuellement avec un fabricant de SPAD pour augmenter la résolution spatiale et le cycle de fonctionnement des caméras SPAD. En outre, ils envisagent d’appliquer la configuration à l’imagerie hyperspectrale, permettant des images dans le spectre moyen-infrarouge sans avoir besoin de détecteurs qui fonctionnent à ces longueurs d’onde.
En synthèse
Cette nouvelle méthode de mesure 3D au niveau du photon individuel représente une innovation majeure dans le domaine de l’imagerie. Non seulement elle ouvre de nouvelles perspectives dans les applications biomédicales, mais elle promet également de révolutionner des domaines tels que la sécurité militaire et les mesures atmosphériques.
Pour une meilleure compréhension
- Qu’est-ce que l’imagerie fantôme quantique ? L’imagerie fantôme quantique est une technique d’imagerie qui utilise des paires de photons enchevêtrées. Un photon de la paire interagit avec l’objet à imager, tandis que l’autre est détecté et utilisé pour reconstruire l’image. Cette méthode permet de réaliser des images à des niveaux de lumière extrêmement bas et sans que les objets n’aient à interagir avec les photons utilisés pour l’imagerie.
- Comment la détection asynchrone contribue-t-elle à l’imagerie 3D ? La détection asynchrone fait référence à l’utilisation de détecteurs à avalanche monophotonique (SPAD), qui peuvent enregistrer le temps de détection de chaque pixel avec une résolution de la picoseconde. En comparant le temps de détection de chaque pixel avec la détection du détecteur monopixel, les chercheurs peuvent reconstruire l’enchevêtrement et déterminer le temps de vol des photons interactifs, permettant ainsi de créer une image en 3D.
- Quelles sont les applications potentielles de cette technologie ? La capacité de mesurer en 3D au niveau du photon individuel ouvre de nombreuses possibilités d’application. Cela inclut les soins médicaux, tels que le diagnostic des soins oculaires, l’imagerie de matériaux et de tissus sensibles à la lumière, et l’analyse biologique. Elle peut également être utilisée pour les applications militaires et de sécurité, telles que l’observation sans être détecté et la réduction des effets de la surexposition.
- Quelles sont les prochaines étapes pour améliorer cette technique d’imagerie ? Les chercheurs travaillent actuellement à améliorer la résolution spatiale et le cycle de fonctionnement des caméras SPAD. Ils prévoient également de remplacer le détecteur d’idler couplé par fibre par un détecteur couplé en espace libre plus rapide. Enfin, ils envisagent d’appliquer la configuration à l’imagerie hyperspectrale, permettant des images dans le spectre moyen-infrarouge sans avoir besoin de détecteurs qui fonctionnent à ces longueurs d’onde.
Article : C. Pitsch, D. Walter, L. Gasparini, H. Bursing, M. Eichhorn, « 3D Quantum Ghost Imaging », Applied Optics, vol. 62, numéro 23, pp. 6275-6281 (2023). DOI : doi.org/10.1364/AO.492208
Légende : Les chercheurs ont mis au point une nouvelle approche qui permet d’acquérir des mesures 3D à l’aide d’une méthode d’imagerie computationnelle connue sous le nom d’imagerie fantôme quantique. Un détecteur à réseau SPAD, montré à gauche de l’installation optique, est la clé de la nouvelle technique. Credit: Fraunhofer IOSB/indigo
