Visão a laser enxerga a mais de 1 km de distância

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/05/2025

O interferômetro de intensidade óptica ativo consiste em duas partes: O plano de fonte e o plano de detecção.
[Imagem: Lu-Chuan Liu et al. - 10.1103/PhysRevLett.134.180201]

Interferometria de intensidade

Em um feito que nenhum binóculo consegue igualar, físicos montaram um aparato de lasers que permitiu fazer uma imagem de alta resolução de um objeto em escala milimétrica a 1,36 km de distância em uma primeira demonstração - mas não há um limite para onde a técnica possa chegar.

Para demonstrar as capacidades de sua criação, Lu-Chuan Liu e colegas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China capturaram imagens de letras a essa distância - cada letra tinha traços medindo 1,5 mm, cada uma medindo no total 8 x 9 mm.

O segredo não está em uma espécie revolucionária de zoom óptico, mas na conhecida interferometria, uma técnica de imagem amplamente utilizada em astronomia, que funciona fundindo feixes de luz de diferentes fontes para criar um padrão de interferência. Esses padrões de interferência são formados quando as ondas de luz interagem, reforçando-se ou cancelando-se mutuamente, dependendo de suas diferenças de fase. Esses padrões carregam informações detalhadas sobre o objeto ou fenômeno que se está estudando.

Mas também existe a interferometria de intensidade, que não se baseia na combinação da amplitude das ondas de luz ou na manutenção de suas informações de fase, mas em medições separadas da luz de uma única fonte, usando dois detectores ou telescópios, e então comparando-se as variações em suas intensidades. As flutuações de intensidade, as correlações e suas mudanças com a distância entre os detectores permitem extrair detalhes espaciais sobre o objeto.

E há uma vantagem crucial na interferometria de intensidade: Ela funciona em ambientes do dia a dia, através da turbulência atmosférica, e lida bem com falhas na óptica do telescópio. Isso a torna ideal para fazer imagens de alta resolução a longas distâncias.

Esquema e fotografia do aparato experimental.
[Imagem: Lu-Chuan Liu et al. - 10.1103/PhysRevLett.134.180201]

Leitura a laser

As tentativas de tirar proveito prático das vantagens da interferometria de intensidade vinham tropeçando em dois problemas principais: a falta de fontes de luz térmica adequadas e de algoritmos robustos o suficiente para realizar a reconstrução da imagem.

Liu resolveu os dois problemas criando uma configuração que usa uma iluminação pseudotérmica, obtida pela sobreposição das luzes de múltiplos emissores de laser, com 8 fases independentes. Essa configuração inclui dois telescópios e um sistema de laser infravermelho em uma bancada óptica.

O sistema de laser produziu uma iluminação térmica adequada, e a equipe então desenvolveu um algoritmo computacional para reconstruir as imagens de alta resolução a partir dos dados esparsos e ruidosos coletados pelos telescópios.

Utilizando seu interferômetro de intensidade, os pesquisadores coletaram imagens de alta resolução de alvos em escala milimétrica a uma distância de 1,36 km em um ambiente urbano externo. O sistema de imagens alcançou uma resolução de 3 mm, 14 vezes maior do que o limite de difração de um único telescópio, normalmente em torno de 42,5 mm.

Uma vez dimensionada para uso fora do laboratório, esta técnica poderá trazer avanços significativos no sensoriamento remoto de longo alcance e alta resolução, na vigilância, na coleta de imagens não invasivas em ambientes desafiadores e até nos lidares, os radares de luz usados por veículos autônomos.

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