[3분논문] 제7회 - 마구잡이 레이저를 이용한 상(像)맺기

황용섭의 3분논문 제7회입니다.

일주일에 한 편씩 올리기로 했는데, 거의 열흘에 한 편씩 올리고 있네요.

총시간은 3분 52초입니다.

재미있게 논문 보면서 들어보세요.

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1. 07_3분논문_제7회.mp3

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# 논문표지

# 간단한 정보

글쓴이: Brandon Redding, Michael A. Choma, and Hui Cao

제목: Speckle-free laser imaging using random laser illumination

학술지: Nature Photonics

발행년월: 2012년 4월

이어가기: http://dx.doi.org/10.1038/nphoton.2012.90

# 용어

- speckle: 반점. 상을 맺을 때 간섭에 의해서 생기는 원치 않는 반점.

- random laser: 마구잡이 레이저. 일정하게 규정된 공진기 대신 마구잡이 구조를 가지고 그 안에서 공진이 일어나는 현상을 이용해서 발진을 하는 레이저.

- spatial coherence: 공간적 결맞음. 레이저의 일반적 특징. 공간상에 레이저가 퍼져나갈 때 위상차이가 유지되면서 퍼져나가는 현상.

# 발췌

1. 

However, the most common manifestation of coherent artefacts is speckle, which occurs when a rough object or scattering environment introduces random phase delays among mutually coherent photons that interfere at the detector6. Speckle is a long-standing issue because it impairs image interpretation by a human observer.

2. 

Random lasers are unconventional lasers in that they are made from disordered materials that trap light via multiple scattering. The spatial modes are inhomogeneous and highly irregular. 

3.

Image quality can be compared quantitatively using the contrast-to-noise ratio (CNR), which is defined as , where   is the average intensity of the feature of interest (for example, a bar in the AF test chart),   is the average intensity of the surrounding background, and is the standard deviation of pixel intensity. The CNR describes the identifiability of a feature of interest in a given background. 

4.

Because they generate stimulated emission in many different spatial modes, random lasers exhibit a laser-level intensity with low spatial coherence, two properties that have traditionally been mutually exclusive in light sources (for example, thermal sources, LEDs or conventional lasers).

# 그림

Figure 1: Random lasers, a new kind of light source for imaging.

Light sources are compared in terms of the two parameters most relevant to full-field imaging: photon degeneracy/spectral radiance and spatial coherence. Random lasers represent a new class of light source with high photon degeneracy/spectral radiance and low spatial coherence—the ideal combination for full-field imaging.

Figure 3: Random lasers produce speckle-free images.

a, Schematic of the experimental set-up. We used five light sources, described in Fig. 2, to image an AF resolution test chart. A scattering film was placed in front of the object, which resulted in speckled illumination of the object if the source was spatially coherent. Obj, microscope objective; S, scattering film; AF, AF test chart; IP, image plane. b–f, Images taken with the five sources showing that the spatially coherent sources, particularly the narrowband laser and the broadband laser, produce speckles in the bright area of the image (transparent bars in the test chart). The background of the image, which corresponds to the opaque area on the object, remains dark. Scale bars, 50 µm. g, As a quantitative measure of image degradation by the speckle, the CNR was extracted from the images and plotted as a function of the spatial frequency of the features on the test chart. This confirms that the random laser produces superior images to conventional lasers and the ASE source.

# 결론

마구잡이 레이저를 광원으로 써서 상을 맺을 때 반점이 없는 좋은 상을 맺을 수 있다는 연구이다. 발광다이오드를 광원으로 썼을 때보다 더 명암잡음비(CNR)가 좋게 나왔으면 좋았겠지만 실험을 해보니 그렇지 못하다는 결론이라 좀 아쉽다. 마구잡이 레이저를 상맺기용 광원으로 쓸 수 있다는 것을 보여주었다는 점에서 의미가 있지만 성능 면에서는 충분하지 못하다. 레이저 수준의 세기와 낮은 공간적 결맞음을 동시에 가지는 특별한 광원이라고 하는데, 레이저 수준의 세기라는 말이 모호하다. 정확한 값으로 표현할 수 없는 성질이 아닌가 생각한다. 그냥 세기가 충분히 센 발광다이오드가 더 좋지 않겠는가?

끝

2012년 5월 11일