광학 및 포토닉스 뉴스

Apr 01, 2023

김미리

연구원들은 양자 탐지 기술을 사용하여 수중에서 3D 이미지를 캡처하는 LiDAR 시스템을 개발했습니다. 그들은 파이프(오른쪽)의 3D 이미지(왼쪽)를 촬영하여 기술을 시연했습니다. 스캔은 탱크에 잠긴 단일 광자 시스템을 사용하여 낮은 산란 조건에서 획득되었습니다. [이미지 : A. Maccarone, Heriot-Watt University] [이미지 확대]

영국, 프랑스, ​​스페인의 연구원들은 실시간으로 3D 이미지를 캡처할 수 있는 수중 LiDAR 시스템을 만들었습니다(Opt. Express, doi: 10.1364/OE.487129). 물 탱크 외부의 광학 설정을 사용하여 유사한 시연이 수행되었지만 현재 프로토타입은 완전히 물속에 있는 동안 움직이는 표적의 3차원 비디오를 성공적으로 획득했습니다.

단일 광자 감지를 기반으로 하는 이 새로운 기술은 해상 풍력 발전 단지와 같은 수중 시설을 검사하고, 수중 고고학 유적지를 모니터링 또는 조사하거나, 보안 및 방위 응용 분야에 사용될 수 있습니다.

탁한 물에서의 고해상도 광학 이미징은 상대적으로 짧은 전파 거리에서 상당한 신호 감쇠를 유발하는 흡수 및 산란으로 인해 여전히 어려운 과제로 남아 있습니다. 이전 연구에서 영국 헤리엇-와트 대학교(Heriot-Watt University)의 Aurora Maccarone과 그녀의 동료들은 수중 이미징을 위한 단일 광자 탐지 기술을 처음으로 사용했다고 보고했는데, 이는 탁한 물에서도 매우 높은 침투력을 허용합니다.

“광 펄스의 비행 시간을 측정함으로써 우리는 수중 물체의 3차원 이미지를 재구성할 수 있었습니다.”라고 연구 저자인 Maccarone은 말했습니다. "이 [최신 연구]는 우리가 아는 한, 양자 탐지 기술을 기반으로 한 완전 수중 이미징 시스템의 첫 번째 프로토타입이라는 점에서 발전을 나타냅니다."

그녀의 팀과 다른 그룹의 이전 실험은 항상 신중하게 제어된 실험실 조건에서 수행되었으며, 광학 장치는 물 탱크 외부에 배치되고 데이터 분석은 오프라인으로 수행되었습니다. 이제 수중에서 광학 장치를 설정할 수 있을 뿐만 아니라 Maccarone과 동료들이 개발한 하드웨어 및 소프트웨어 덕분에 3D 이미지를 실시간으로 재구성할 수 있게 되었습니다.

이 시스템에는 조명용 녹색 펄스 레이저(532 nm, 20 MHz)와 감지용 단일 광자 애벌런치 다이오드의 초고감도 어레이(192 × 128 픽셀), 광섬유 시준 패키지, 광 확산기, 렌즈 및 대역통과가 포함되어 있습니다. 필터. 반사광이 돌아오는 시간을 측정함으로써 목표물까지의 거리를 정확하게 측정할 수 있었습니다.

프로토타입은 3m 거리에 있는 고정된 표적의 이미지는 물론 초당 10프레임으로 움직이는 표적의 실시간 3D 비디오 시연을 달성했습니다.

"단일 광자 검출기 배열은 초고속 저조도 이벤트 감지의 이점을 제공하여 심해와 같이 광자가 부족한 환경에서 작동 시간을 상당히 줄여줍니다"라고 Maccarone은 말했습니다.

연구원들은 실험실 벤치에서 광학 장치를 조립하고 테스트한 후 장비를 대형 물 탱크(4 x 3 x 2 m)로 옮겼습니다. 그들은 시스템을 물에 담그고 통제된 방식으로 산란제를 첨가하여 물을 더욱 탁하게 만들었습니다. 프로토타입은 3m 거리에 있는 고정된 표적의 이미지는 물론 초당 10프레임으로 움직이는 표적의 실시간 3D 비디오 시연을 달성했습니다.

"현재 주요 과제는 수중 차량에 이미징 시스템을 통합하기 위해 각 구성 요소의 크기를 줄이는 방법을 이해하는 것입니다."라고 Maccarone은 말했습니다. "우리는 시스템 성능을 저하시키지 않고 이를 가능하게 하는 적절한 솔루션을 찾기 위해 업계와 협력하고 있습니다."

게시 날짜: 2023년 5월 10일