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具有主动式热检测功能的各种规模的超分辨率

  当您使用闪光灯搜索丢失的钥匙时,当蝙蝠在夜间飞行中发现障碍物时,或者当汽车雷达在道路上找到其他汽车时,同样的物理原理也会起作用。通常,无论是光波,声音还是电磁波,都会向前方发送探测光束,并且相同类型的反射波会将相关信息带回检测器。

  这也解释了隐形飞机为何能够逃脱雷达:通过吸收雷达能量,没有信号反射回来,并且它们变得不可见。然后,吸收的能量被转换为迄今为止被认为是“无用的”热量,只是增加了目标温度。

  基础科学研究所(韩国,IBS)内的柔软与生活物质中心的研究人员发现,由探测光束引起的温度升高可用于产生信号,以检测物体。

  值得注意的是,与传统技术相比,这种所谓的“主动热检测”能够实现所有规模的超分辨率成像,而传统技术的应用仅限于显微技术。超分辨率揭示了图像的细微细节,使解析以前隐藏的图形成为可能。

  该研究的第二作者Francois Amblard(《自然通讯》,“黑体辐射的任意强超线性提供了超分辨率”)说:“即使这个信号如此引人注目,也没有人试图将热辐射用于超分辨率。我们的第一个看似简单的想法是用明显的信号即热辐射来检测物体。”

  当物体被足够能量的探测光束照射而导致其温度跳跃时,其热辐射就会飙升。实际上,我们可以发现这种温度升高在日常生活中的应用,例如,用于在机场控制站检查发烧的乘客。当物体温度升高时,它会发出强烈的热辐射。

  研究人员从理论上验证了热辐射的超线性。他们对被加热物体发出的光子数量进行了精确的量化,结果表明,即使很小的温度升高也会导致光发射发生巨大变化。此过程,加上主动加热和检测方案,可以帮助以很高的分辨率检测对象。

  此外,如果达到足够高的温度,则可以任意提高超分辨率因子。“我们的理论预测,可以将发射空间轮廓任意缩小,从而改善对象的定位,甚至原则上可以得到任意大的超分辨率。然后,人们希望能够更好地解析两个附近的目标,或者更好地检测目标的形状。”该研究的第一作者Guillaume Graciani解释说。

  超分辨率技术使我们能够看到以前看不见的内容,但到目前为止,它的魔力仅在显微镜下有效。值得注意的是,这项研究提出了热辐射及其固有的超线性,这是一种通用方法,可以在从微观成像到飞行物体(例如飞机)的所有尺度上超分辨物体。

  主动式热检测还可以应用于无损检测的热成像,无人驾驶汽车的激光雷达和雷达技术,隐形物体的中或远程检测。它还为最新的热光电探测器打开了一个新的应用领域,例如超导纳米线单光子探测器或HgCdTe雪崩光电二极管。