Дослідники розробили мініатюрний світлодіод, вбудований в фотонний чіп. Дослідження опубліковано в журналі Nature Comunications.
Інженери з Сінгапуру і Массачусетського технологічного інституту розробили крихітний світлодіод, який можна вбудувати в фотонний чіп і використовувати для створення голографічного мікроскопа зі звичайної камери мобільного телефону. Технологія використовує вбудований в чіп джерело світла і нейронну мережу, яка реконструює дані голографічного мікроскопа.
Світло в більшості фотонних чіпів виходить від зовнішніх джерел, що призводить до низької загальної енергоефективності та істотно обмежує масштабованість цих чіпів, пояснюють вчені. Щоб вирішити цю проблему, вони розробили вбудовані джерела з використанням різних матеріалів, таких як скло, леговане рідкоземельними елементами, кремнієво-германієвих матеріалів (Ge-on-Si) і напівпровідникових з’єднань AIIIBV.
Готовий пристрій являє собою інтегрований з існуючими напівпровідниковими технологіями (КМОП) світлодіод субхвильового діапазону, який може працювати при кімнатній температурі, демонструє високу просторову інтенсивність (102 ± 48 мВт/см2) і володіє найменшою площею випромінювання (0,09 ± 0,04 мкм2) серед усіх відомих кремнієвих випромінювачів.
Напівпровідникова пластина (а) зі збільшеним зображенням чіпа (б) і світлодіода (в). Пристрій голографічного мікроскопа (г) і реконструйоване зображення (е). Зображення: Singapore-MIT Alliance for Research and Technology ( SMART )
Щоб продемонструвати потенційне практичне застосування, дослідники інтегрували цей світлодіод в лінійний, повністю кремнієвий голографічний мікроскоп сантиметрового масштабу, що не вимагає ні лінзи, ні отвори.
Перешкода, яка часто зустрічається в безлінзовій голографії — обчислювальна реконструкція відображуваного об’єкта. Традиційні методи обробки зображень вимагають детального знання експериментальної установки для точної реконструкції і чутливі до важко контрольованих змін.
Ілюстрація реконструкції зображень, отриманих за допомогою голографічного мікроскопа. Зображення: Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART)
Інженери розробили нейронну мережу, яка долає цю перешкоду. Вона не вимагає попереднього навчання і дозволяє обробляти зображення від нових джерел світла без попереднього знання спектра джерела або профілю променя. Дослідники відзначають, що технологія дозволяє перетворити камери в повсякденних пристроях, таких як мобільні телефони, в мікроскопи тільки шляхом модифікації кремнієвого чіпа і програмного забезпечення.