Imágenes 3D subacuáticas utilizando una matriz de detectores de diodo de avalancha de un solo fotón con conversión...

Área de la Ciencia:

• Fotónica y Ingeniería Óptica.
• Tecnologías de Imágenes Subacuáticas Tecnologías de Imágenes Subacuáticas
• Los conjuntos de detectores de semiconductores.

Sus antecedentes:

• Los entornos de dispersión como el agua turbia plantean desafíos para las imágenes ópticas.
• Los sistemas LiDAR tradicionales luchan con una alta retrodispersión, lo que limita la profundidad y la velocidad.
• Las matrices de diodo de avalancha de un solo fotón (SPAD) ofrecen una alta sensibilidad para la detección de poca luz.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un sistema de imágenes 3D rápido para entornos submarinos desafiantes.
• Para superar las limitaciones de los sistemas LiDAR existentes en medios de dispersión.
• Para mejorar la eficiencia de la detección de un solo fotón en condiciones de alta retrodispersión.

Principales métodos:

• Una matriz de detectores de diodo de avalancha de un solo fotón de silicio (SPAD) (64x32 macropíxeles) fabricados con tecnología CMOS.
• Integración de convertidores multi-evento de tiempo a digital (METDC) por macro-pixel para la adquisición simultánea de eventos multi-fotónicos.
• El conteo de fotones individuales correlacionados con el tiempo (TCSPC) en un modo de tiempo limitado para la detección selectiva de fotones.

Principales resultados:

• El sistema LiDAR de un solo fotón logró detectar hasta 6.2 longitudes de atenuación en un tanque de agua de dispersión.
• Se demostró la obtención de imágenes 3D de alta velocidad con un tiempo de exposición de solo 1 ms.
• El enfoque de TDC multi-evento permitió la adquisición de imágenes 3D aproximadamente 50 veces más rápido que los sistemas comparables anteriores.

Conclusiones:

• El sistema LiDAR de un solo fotón desarrollado con METDCs es altamente efectivo para la obtención rápida de imágenes 3D en entornos turbios submarinos.
• Esta tecnología avanza significativamente la velocidad y la eficiencia de las imágenes ópticas submarinas.
• El sistema demuestra una mejora sustancial con respecto a los sistemas LiDAR anteriores basados en SPAD para condiciones acuáticas difíciles.