2019-09-26 22:12:02
新芯片有望实现手持式微波成像

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研究人员已经开发出一种新的微波成像仪芯片,有一天可以启用低成本的手持式微波成像仪或照相机。由于微波可以穿过某些不透明的物体,因此新的成像仪可用于穿过壁成像或通过人体组织检测肿瘤。

在光学协会(OSA)进行高影响力研究的期刊Optica中,研究人员描述了他们如何使用标准的半导体制造工艺来制造包含1000多个光子组件的微波成像器芯片。方形芯片的每一边的尺寸刚好超过2毫米,大约是橡皮擦宽度的一半。

美国宾夕法尼亚大学的研究小组负责人Firooz Aflatouni说:“当今实用的微波成像仪是台式系统,体积庞大且昂贵。” “我们的新型近场成像仪使用光学而非电子设备来处理微波信号。这使我们能够制造出与许多智能手机中的光学相机芯片类似的基于芯片的成像仪。”

手持式近场微波成像仪可用于许多应用,包括高分辨率脑成像以及监测心脏运动和呼吸。微波成像仪的小型化还将有益于诸如跟踪雷达系统中的物体以及低功率,高速通信链路等应用。

用于创建微波图像的光学处理

像智能手机那样的光学相机使用镜头在相机的图像传感器上形成图像。新的近场成像器使用四个天线来接收从物体反射的微波信号。然后将这些微波信号编码为光信号,并进行光学处理(模拟微波透镜)以形成图像。

基于芯片的成像器包括1,000多个光子组件,例如波导,定向耦合器,光电二极管和环形调制器。基本组件之一是用于信号处理的光学延迟元件网络,它由280多个延迟单元组成。

Aflatouni研究小组的研究生,论文的合著者Farshid Ashtiani说:“该系统比电子同类产品小得多,效率也更高,因为延迟单元小了10倍,效率提高了10倍以上。” “它们还可以在明显更短的微波脉冲下工作,从而产生更高的成像分辨率。”

演示微波成像仪

为了演示这种新芯片,研究人员用它对具有金属表面的物体成像,包括每边长24厘米的金属正方形和UPenn徽标。在短的微波脉冲照射到放置在成像仪前面的每个物体之后,四个天线接收到反射信号,这些信号用于形成每个目标物体的图像。

Aflatouni说:“我们的工作表明,标准的半导体制造技术可用于创建包含许多器件的坚固的光子系统。” “我们展示的微型成像器芯片可以扩大规模,从而实现低成本的手持式高分辨率微波成像器。”

既然他们已经展示了基于芯片的微波成像仪,研究人员计划通过增加芯片上延迟线的数量,使用更先进的制造技术以及将较小的图像拼接在一起来增加像素数量。他们还希望使用更短的微波脉冲来获得更高的分辨率。

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