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Empujando los límites de la óptica

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03 de enero de 2022

(Noticias de Nanwerk) las partículas de luz entrelazadas mecánicamente rompen los límites de la óptica convencional y permiten conocer los rangos de longitud de onda previamente invisibles, lo que brinda nuevas posibilidades para las técnicas de imagen, microscopía y espectroscopía.

Descubrir estas posibilidades y encontrar soluciones tecnológicas fue el objetivo del proyecto Fraunhofer QUILT, cuyos resultados ya están disponibles. Espectros infrarrojos de moléculas de metano. Hacer visible lo invisible: utilizando fotones entrelazados y efectos de interferencia, los espectros infrarrojos de las moléculas (aquí: metano) pueden ser registrados por cámaras que solo pueden detectar luz visible. (Foto: Instituto Fraunhofer de Tecnologías de Medición Física IPM)

La luz puede hacer cosas asombrosas. Por ejemplo, las partículas de luz (fotones) se entrelazan en el momento de la creación, uniéndolos inextricablemente entre sí en términos de sus propiedades, no solo a grandes distancias, sino también a través de rangos de diferentes longitudes de onda.

Estos fotones entrelazados son las herramientas que los investigadores de Fraunhofer utilizaron en el proyecto “QUILT – Métodos cuánticos para soluciones de imágenes avanzadas”. Están utilizando fotones para desarrollar soluciones ópticas cuánticas para rangos de longitud de onda que hasta ahora han demostrado ser casi inaccesibles.

Estas longitudes de onda nos proporcionan información valiosa más allá de la luz del espectro visible: los rayos UV de longitud de onda corta se pueden utilizar, por ejemplo, para hacer visibles las estructuras más pequeñas de las células. Los infrarrojos proporcionan información sobre los gases nocivos en el aire o la composición de los plásticos, y la radiación de terahercios de onda larga se puede utilizar para determinar con precisión el grosor de los revestimientos y revestimientos.

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Por tanto, existe un gran potencial en las áreas de diagnóstico biomédico, ensayo de materiales o procesos y análisis medioambientales. El único problema es que la creación y detección de estas ondas de luz requiere muchos más recursos que los que se utilizan en las técnicas de imágenes de banda visible.

El nuevo principio de detección para diferentes métodos.

Durante cuatro años, equipos de investigadores de seis Institutos Fraunhofer han trabajado con organizaciones externas, con el apoyo de un consejo asesor que incluye representantes de la industria y la ciencia, para encontrar formas de utilizar pares de fotones entrelazados en diferentes métodos de medición en imágenes, espectroscopía y medición – toma de imágenes. lo invisible visible.

El principio básico es que mientras uno de los dos fotones tiene una longitud de onda que puede ser capturada por la cámara, el otro está diseñado para interactuar con el objeto bajo examen en el rango invisible. El entrelazamiento, que Einstein llamó “una acción aterradora a distancia”, significa que la información recopilada por el segundo fotón se transmite al primero, haciéndolo visible para la cámara.

Durante este proyecto, los socios han realizado un importante trabajo pionero para el desarrollo científico y técnico en este campo relativamente nuevo. Se demostró el primer uso del nuevo principio de detección de radiación de terahercios. Esto podría, por ejemplo, mejorar los métodos para filtrar materiales en el futuro.

Se ha desarrollado un análogo óptico cuantitativo del espectrofotómetro infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR) clásico, que se utiliza en campos como el análisis de procesos para examinar muestras de gas. El proyecto también produjo el primer video creado usando imágenes de luz no detectadas y la primera imagen 2D del mundo capturada y reconstruida usando “imágenes fantasma cuánticas” con detección asincrónica.

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Sobre todo, las imágenes fantasma son adecuadas para aplicaciones biológicas y médicas, donde las muestras de células fotosensibles se pueden observar durante un período prolongado porque los nuevos procesos utilizan menos luz. Esto puede ayudar a mejorar el diagnóstico.

piedra angular para aplicaciones industriales

El proyecto resultó en la presentación y concesión de siete patentes, publicaciones científicas de alto nivel y demostraciones de imágenes cuantitativas, espectroscopia y tomografía óptica.

Los investigadores tienen la intención de utilizarlos para explorar más a fondo áreas de aplicación nuevas y no convencionales para los métodos cuánticos con socios de la industria. Las ramas innovadoras de la industria, como la tecnología medioambiental y la ingeniería médica, son de especial importancia.

Con el fin de intercambiar ideas en la comunidad científica internacional, en 2018 el Consorcio QUILT lanzó una serie de seminarios anuales, “Quantum Light Sensing”, que se ha convertido en la plataforma líder en el campo.

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