Крошечный светодиод превращает камеру телефона в высокоточный микроскоп

Инженеры из Сингапура и Массачусетского технологического института разработали крошечный светодиод, который можно встроить в фотонный чип и использовать для создания голографического микроскопа из обычной камеры мобильного телефона. Технология использует встроенный в чип источник света и нейронную сеть, которая реконструирует данные голографического микроскопа.

Свет в большинстве фотонных чипов исходит от внешних источников, что приводит к низкой общей энергоэффективности и существенно ограничивает масштабируемость этих чипов, объясняют ученые. Чтобы решить эту проблему, они разработали встроенные источники с использованием различных материалов, таких как стекло, легированное редкоземельными элементами, кремниево-германиевых материалов (Ge-on-Si) и полупроводниковых соединений AIIIBV.

Готовое устройство представляет собой интегрированный с существующими полупроводниковыми технологиями (КМОП) светодиод субволнового диапазона, который может работать при комнатной температуре, демонстрирует высокую пространственную интенсивность (102 ± 48 мВт/см²) и обладает наименьшей площадью излучения (0,09 ± 0,04 мкм²) среди всех известных кремниевых излучателей.

Чтобы продемонстрировать потенциальное практическое применение, исследователи интегрировали этот светодиод в линейный, полностью кремниевый голографический микроскоп сантиметрового масштаба, не требующий ни линзы, ни отверстия.

Часто встречающееся препятствие в безлинзовой голографии — вычислительная реконструкция отображаемого объекта. Традиционные методы обработки изображений требуют детального знания экспериментальной установки для точной реконструкции и чувствительны к трудно контролируемым переменным. 

Инженеры разработали нейронную сеть, которая преодолевает это препятствие. Она не требует предварительного обучения и позволяет обрабатывать изображения от новых источников света без предварительного знания спектра источника или профиля луча. Исследователи отмечают, что технология позволяет превратить камеры в повседневных устройствах, таких как мобильные телефоны, в микроскопы только путем модификации кремниевого чипа и программного обеспечения.

Из-за низкой стоимости и масштабируемости процессов микроэлектроники КМОП это можно сделать без увеличения сложности, стоимости или форм-фактора системы. Это позволяет нам преобразовать, с относительной простотой, камеру мобильного телефона в голографический микроскоп этого типа.

Иксунг Канг, соавтор исследования

Читать далее:

Ученые впервые увидели, как звезда пожирает планету: это, в итоге, ждет и Землю

Две суперземли нашли на краю обитаемой зоны: на одной из них комфортная температура

Современные люди мигрировали в Европу не так, как считалось ранее

_{На обложке: Изображение от svstudioart на Freepik}