Imagen que muestra el entorno experimental de 1.36 km. El sistema de imágenes remotas (izquierda) dispara ocho vigas láser de infrarrojo cercano (línea roja agregada para mostrar la ruta) en un objetivo (derecha) en un edificio a 1.36 kilómetros de distancia. La luz que se refleja en el objetivo es recolectada por los dos telescopios del sistema. Crédito: Liu et al.
La interferometría de la intensidad es una técnica prometedora que permite la medición precisa de las propiedades espaciales (es decir, distancias, formas y propiedades de luz) mediante la prueba de fluctuaciones en la intensidad (es decir, brillo) de luz, a diferencia del tiempo exacto y la fase de las ondas de luz sondeadas por la interferometría de amplitud (fase) de amplitud (fase). La interferometría de intensidad podría superar algunas de las limitaciones de la interferometría de amplitud, ya que es menos sensible a los factores atmosféricos e imperfecciones ópticas.
A pesar de su promesa para la reconstrucción precisa de las imágenes, las técnicas de interferometría de intensidad dependen de la luz térmica, que se extiende a través de varias longitudes de onda, contiene solo unos pocos fotones en cada paquete de luz medible y es propenso a una divergencia de haz rápida. Hasta ahora, esto ha limitado su capacidad para recopilar imágenes de alta resolución a largas distancias.
Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China y otros institutos introdujeron recientemente un nuevo enfoque de interferometría de intensidad activa que permite la colección de imágenes de alta definición a través de distancias de más de 1 km. Su artículo, publicado en Physical Review Letters, demuestra el uso de esta técnica para la imagen óptica de objetos a escala de milímetro desde 1.36 km de distancia.
“Nuestro reciente artículo se inspira en el trabajo pionero de Hanbury Brown y Twiss en la década de 1950, quien demostró por primera vez la interferometría de intensidad al observar a Sirius, la estrella más brillante en el cielo nocturno”, dijo Qiang Zhang, coautor del estudio, dijo Tech Xplore.
“La interferometría de intensidad es insensible a la turbulencia atmosférica y los defectos ópticos del telescopio, que tiene ventajas únicas en las imágenes de apertura sintética óptica de base larga con una resolución angular extremadamente alta.
Como parte de su estudio, Zhang y sus colegas se propusieron mejorar aún más el rendimiento de las técnicas de interferometría de intensidad, aprovechando los avances recientes en el desarrollo de la tecnología LiDAR. Más específicamente, combinaron la interferometría de intensidad con iluminación activa y descubrieron que esto les permitía obtener imágenes de objetos distantes con alta resolución.
“Nuestro enfoque de interferometría de intensidad activa propuesta se basa en dos componentes principales: un sistema de iluminación activo y el sistema receptor”, explicó Zhang. “El sistema de iluminación activa está compuesta por una variedad de rayos láser. Como estos múltiples láseres viajan a través de diferentes caminos de turbulencia atmosférica, sus fases se vuelven aleatorizadas e independientes, similando la luz térmica que se origina en las estrellas, que llamamos ‘iluminación pseudo-termal”.
El segundo componente del método de interferometría propuesto por el equipo es el llamado sistema receptor. Este sistema es un interferómetro de intensidad con una línea de base sintonizable, diseñada para recopilar suficiente información de frecuencia espacial objetivo.
“Para el objetivo pseudo-alternativo, medimos las pequeñas fluctuaciones en intensidad en dos detectores separados y los correlacionamos con el tiempo”, dijo Zhang. “Esto nos da información sobre la estructura espacial del objetivo, el módulo de su transformación de Fourier, que luego podemos reconstruir computacionalmente en una imagen de alta resolución. Esta es la esencia de imágenes de apertura sintética óptica utilizando correlaciones de intensidad”.
La técnica de interferometría de intensidad activa desarrollada por este equipo de investigadores tiene varias ventajas sobre los enfoques previamente propuestos. En particular, puede lograr una resolución de imágenes de última generación en entornos atmosféricos realistas a escala de kilómetro.
Para evaluar el potencial de su enfoque, Zhang y sus colegas construyeron tanto la iluminación activa como el sistema receptor que diseñaron. Luego utilizaron estos sistemas para realizar experimentos de imágenes destinados a capturar objetivos 2D de doble cola y letras, patrones de prueba u objetos comúnmente utilizados para probar las técnicas ópticas de resolución.
“Logramos con éxito una resolución a nivel de milímetro a 1.36 kilómetros”, dijo Zhang. “Los resultados experimentales en el documento PRL demuestran claramente la capacidad de imagen de alta resolución de nuestro enfoque”.
En general, los resultados recopilados por este equipo de investigadores destacan la promesa de su enfoque, lo que demuestra que su sistema basado en la matriz de emisiones de múltiples láser aborda las limitaciones cruciales de las fuentes de luz pseudo-térmica empleadas por otros interferómetros de intensidad existentes. De hecho, las fuentes de luz pseudotérmica utilizadas por muchos otros sistemas de imágenes tienen grandes ángulos de divergencia y, por lo tanto, luchan por proporcionar una iluminación pseudo-térmica efectiva a largas distancias.
“También demostramos tanto teóricamente como experimentalmente que aumentar el número de emisores láser en el sistema de iluminación activa hace que la iluminación pseudo-térmica se comporte más estrechamente se parece más a la iluminación térmica ideal”, dijo Zhang. “Esto es interesante porque la iluminación más cercana a la luz térmica ideal se traduce directamente en relaciones de señal / ruido más altas en la interferometría de intensidad, mejorando así la calidad de las imágenes”.
El trabajo reciente de Zhang y sus colegas podría abrir nuevas posibilidades para la imagen precisa de pequeños objetos a largas distancias. Específicamente, describe un camino prometedor para el avance futuro y el refinamiento de los interferómetros de intensidad.
“Al continuar desarrollando y ampliando sistemas de iluminación de múltiples láser como el presentado en nuestro artículo, los interferómetros de intensidad activa futuros pueden ser aún más robustos, lograr un mayor rendimiento y, en última instancia, volverse más práctico y ampliamente aplicable para varias tareas de imágenes de largo alcance y de alto resolución”, agregó Zhang.
“En nuestros próximos estudios, planeamos extender nuestro enfoque a las imágenes de alta resolución de objetos más complejos e incluso objetos tridimensionales. También nos centraremos en desarrollar interferómetros de intensidad práctica que se puedan aplicar a campos específicos como imágenes astronómicas”.
Más información: Lu-Chuan Liu et al, interferometría de intensidad óptica activa, letras de revisión física (2025). Doi: 10.1103/Physrevlett.134.180201.
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Cita: un esquema de interferometría de intensidad óptica activa permite imágenes de apertura sintética desde más de un kilómetro de distancia (2025, 6 de junio) Recuperado el 6 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-optical-intensidad-interferometys-scheme-ENables.html
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