新兴的非视距成像技术可以检测物体，即使它们在拐角处或墙后。在新的工作中，研究人员使用一种新型探测器将这种方法从可见光扩展到近红外和中红外波长，这一进展可能对无人驾驶车辆、机器人视觉、内窥镜检查和其他应用特别有用。
“红外非视距成像可以帮助无人驾驶车辆检测和绕过不直接可见的障碍物，从而提高无人驾驶车辆的安全性和效率，”中国天津大学的胡晓龙说。他的团队与同样来自天津大学的Jingyu Yang领导的小组合作。“使用近红外波长还可以帮助减少对眼睛安全的担忧并降低背景噪音，从而有可能在白天进行更远距离的成像。
在Optics Express中，研究人员描述了使用称为超导纳米线单光子探测器的先进光传感组件进行非视距成像的首次演示。该探测器具有从 X 射线到中红外波长的单光子灵敏度，使研究人员能够将成像技术的光谱范围扩展到 1560 和 1997 nm 的近红外和中红外波长。研究人员还开发了一种新算法，以进一步改进系统获得的图像。
“这种原理验证演示为更多的研究机会和潜在应用打开了大门，”胡说。“将非视距成像向中红外波长移动，为许多应用带来了优势。除了改善机器人和车辆的导航外，它还可以提高生物成像的信噪比。
打造敏感的眼睛
非视距成像技术使用光电探测器来检测从视线外的物体发射或反射的多束反射光。与传统的视距成像技术不同，非视距成像检测到的光非常微弱。这需要非常高灵敏度的探测器。
“我们设计并制造了一种超导纳米线单光子探测器，它可以作为非常灵敏的眼睛，看到隐藏在角落里的物体，”胡说。“该探测器在近红外和中红外光谱范围内的探测效率优于其他单光子探测器，这使得在更长波长下进行非视距成像成为可能。”
超导纳米线单光子探测器基于单个光子会破坏超导性的事实。这会产生可测量的电阻变化，从而可以高效地检测单个光子。在这项新工作中，研究人员创建了一个单光子探测器，其40纳米宽的纳米线以分形图案排列。
这种图案在不同的放大倍率下表现出相似的形状，因此可以有效地检测所有偏振中的光子。将探测器冷却到~2 K，这是实现超导性所必需的。
红外成像
在证明他们的超导纳米线单光子探测器比InGaAs/InP单光子雪崩二极管表现出更好的定时分辨率和更低的噪声后，研究人员使用这种新型探测器在1560和1997 nm处获得非视距成像。它们在两个波长下的空间分辨率都小于 2 厘米。他们还表明，使用新算法重建的图像具有显着更低的均方根误差 - 与理想图像偏差的量度 - 比使用其他方法重建的图像要低。
研究人员现在正在努力通过探索其他感兴趣的波长来扩展他们的工作，并研究如何将多个超导纳米线单光子探测器排列成阵列，从而实现额外的功能。他们还希望尝试使用他们的新系统在白天实现更长距离的非视距成像。
