برای اولین بار، پژوهشگران دانشگاه هریوت-وات در بریتانیا به سرپرستی مَکارون، نمونه اولیه لیدار کوانتومی تکفوتونی را برای به دست آوردن تصاویر سه بعدی در حالی که زیر آب فرو رفته است، ساخته و تست کرده‌اند که حساسیت بالای آن امکان استخراج جزئیات را در شرایط نور دریافتی بسیار کم از هدف فراهم میکندکه میتواند برای بازرسی، نصب و راه‌اندازی‌ها در زیر آب مانند کابل‌های نیروگاه، ساختار زیر آب توربین‌ها، نظارت یا بررسی سایت‌های باستان‌شناسی زیر آب، نظارت‌های غیرمخرب بدون حضور انسان در زیر آب که منجر به کاهش آلودگی دریا میشود، و همچنین برای کاربردهای امنیتی و دفاعی و غیره استفاده شود.
به دست آوردن تصاویر سه بعدی از طریق آب اقیانوس میتواند چالش برانگیز باشد زیرا نور محدود است و ذرات ریز درون آب نور را پراکنده و تصویر را بشدت مختل می‌کنند. با این حال، به کمک آشکارسازی تکفوتونی که روشی کاملاً کوانتومی بوده و اساس سازوکار لیدار کوانتومی تکفوتونی میباشد می توان حتی در شرایط نور بسیار کم، تصاویری با کیفیت و عمق نفوذ بسیار بالا استخراج کرد که به کمک لیدار کلاسیکی امکان‌پذیر نیست. نتایج این تحقیق که در مجله Optics Expressبه انتشار رسیده است عملیاتی‌تر شدن فناورهای‌های کوانتومی و بخصوص بهره‌گیری از ویژگی‌های نسل دوم مکانیک کوانتومی را پرنگ‌تر مینماید.
لیدار تکفوتونی ساخته شده که گیرنده آن کاملاً درون آب غوطه‌ور می باشد به کمک آشکارساز تکفوتون آرایه‌ایِ ( SPAD Array) سلیکونی (دارای 128*192 پیکسل و ضریب بهره 26% در طول‌موج 532 نانومتر و fill factor حدود 13%) مبتنی بر تکنولوژی CMOS با اندازه‌گیری زمان-پرواز فوتون‌های آشکارشده‌ی بازگشتی از هدف بواسطه‌ی شمارش تکفوتون‌های همبسته‌ی-زمانی آشکارشده (TCSPC) با دقت پیکوثانیه (جزئیات میلی‌متری از هدف) و سپس اتصال به واحد پردازش گرافیکی (GPU) می تواند تصاویر و یا ویدئویی با کیفیت و عمق نفوذ بسیار بالا را با نرخ 30 فریم در ثانیه برای اجسام ثابت و 10 فریم بر ثانیه برای اجسام متحرک در عمق حدود 1.8 متر و در فاصله 3متری بازسازی نماید. بعلاوه، تکنیک بکارگرفته شده این امکان را محققان داده است تا بتوانند فوتون‌های منعکس‌شده از ذرات پراکنده در آب را که نقش نویز داشته و کیفیت تصاویر خراب می کنند از فوتون‌های انعکاسیِ بازگشتی از هدف مورد نظر تمیز دهند تا بدین‌سان کیفیت و عمق نفوذ بسیار بالایی در تصاویر خروجی حاصل شود.
در این آزمایش از یک لیزر پالسی سبز با طول‌موج 532 نانومتر، متوسط توان 52 میلی‌وات، نرخ تکرار 20 مگاهرتز استفاده شده است. همچنین، آشکارساز بکار رفته دارای زمان جیتر حدود 290 پیکوثانیه، bin-time حدود 33 پیکوثانیه با bin-lengthحدود1540 و میدان دیدی معادل با 23 میلی رادیان در 19 میلی‌رادیان متناظر با 52 میلی‌متر در 38 میلی‌متر در فاصله 3متری، نرخ شمارش تاریک فوتونیِ 28 فوتون در هر پیکسل در هر ثانیه و نهایتاً نرخ شمارش پس‌‌زمینه حدود 297.5 فوتون در هر ثانیه در هر پیکسل است.
| تصویر سه بعدی (سمت چپ) از یک لوله (سمت راست). که در شرایط پراکندگی کم با لیدار تکفوتونی در زیر آب در یک مخزن به دست آمده است. |
 |
 |
| تصاویری از طرحواره انجام آزمایش و سامانه لیدار تکفوتونی به همراه آشکارساز دو بعدی تکفوتونی. |
Link: https://phys.org/news/2023-05-quantum-lidar-prototype-real-time-3d.html
تهیه‌کننده‌خبر: علی معتضدی‌فرد (motazedifard.ali@gmail.com)
© تمامی حقوق این سایت برای انجمن هسته‌ای ایران محفوظ است.
