手持微波成像 - 通过新芯片查看墙壁或检测肿瘤

时间：2021-08-24 13:52:04 来源：

研究人员展示了第一款纳米光电微波成像芯片，这显着降低了具有更高效率的等效电气系统，并且能够实现手持式微波成像器，用于包括壁式成像和肿瘤检测。

华盛顿 - 研究人员开发了一个新的微波成像芯片，可以一天能够实现低成本手持式微波成像器或相机。因为微波可以通过某些不透明物体来旅行，所以新的成像仪对于通过墙壁进行成像或通过体内的组织进行检测。

在Optica，光学社会（OSA）为高影响研究期刊，研究人员描述了它们如何使用标准半导体制造过程来制造含有1,000多个光子元件的微波成像芯片。方形芯片在每侧距离超过2毫米，使其大约一半的铅笔橡皮擦的一半。

“今天的实际微波成像仪是庞大且昂贵的台式系统，”美国宾夕法尼亚大学的Furooz Aflatouni说，Furooz Aflatouni说。“我们的新近场成像器使用光学，而不是电子设备来处理微波信号。这使我们能够使基于芯片的成像器类似于许多智能手机中的光学相机芯片。“

手持近场微波图像可用于许多应用，包括高分辨率脑成像和监测心脏运动和呼吸。微波成像仪的小型化还将受益于雷达系统和低功耗，高速通信链路中的跟踪对象等应用。

像智能手机中的光学摄像机使用镜头在相机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对象反射的微波信号。然后将这些微波信号编码为光信号并进行光学处理 - 模拟微波镜头 - 以形成图像。

研究人员制作了一个纳米光电微波成像芯片。它包含超过1,000个光子设备，其中一些在这个特写镜头中看到。

芯片的成像器包括超过1,000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。其中一个基本组件是用于信号处理的光学延迟元件网络，其由280多个延迟单元组成。

“该系统比其电子当量更小，更有效，因为延迟细胞比效率更高的10倍超过10倍，”Aflatouni的研究生和纸张上的共同主教学生Farshid Ashtiani。“它们还可以使用显着较短的微波脉冲操作，从而产生更高的成像分辨率。”

为了展示新芯片，研究人员将其用作带金属表面的图像对象，包括每侧测量24厘米的金属方块和upenn标志。在短微波脉冲照射到放置在成像器前面的每个物体之后，四个天线接收到反射信号，该反射信号用于形成每个目标对象的图像。

“我们的工作表明，标准半导体制造技术可用于创建包含许多器件的强大光子系统，”Aflatouni说。“我们证明的微小成像芯片可以缩放，从而实现低成本手持式高分辨率微波图像。”

既然他们已经展示了一个基于芯片的微波成像仪，研究人员计划通过增加片上延迟线的数量来增加像素的数量，使用更先进的制造技术和拼接在一起较小的图像。他们还希望使用更短的微波脉冲来实现更高的分辨率。

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参考：Farshid Ashtiani，Angelina Risi和Furooz Aflatouni，2019年9月26日，Optica.doi：
10.1364 / OPTICA.6.001255

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