Wetenschappers in de onderzoeksgroepen van Christine Hendon en Michal Lipson aan de Columbia University, New York, hebben een microchip gebruikt om de achterkant van het oog in kaart te brengen voor de diagnose van ziekten.

De interferentietechnologie, zoals vleermuis-sonar, maar met licht in plaats van geluidsgolven, gebruikt in de microchip bestaat al een tijdje. Dit is de eerste keer dat technische obstakels zijn overwonnen om een ​​miniatuurapparaat te fabriceren dat beelden van hoge kwaliteit kan vastleggen.

De huidige optische coherentietomografie (OCT) apparaten van oogartsen en de lichtdetectie- en meetapparatuur (LIDAR) van landmeters zijn omvangrijk en duur. Er is een drang naar miniaturisatie om goedkope handheld OCT en LIDAR te produceren die klein genoeg zijn om in zelfrijdende auto's te passen.

In AIP Fotonica , het team demonstreert het vermogen van hun microchip om OCT-beelden met een hoog contrast te produceren, 0,6 millimeter dieper in menselijk weefsel.

"Eerder, we zijn beperkt, maar met behulp van de techniek die we in dit project hebben ontwikkeld, we kunnen zeggen dat we elk formaat systeem op een chip kunnen maken, " zei co-auteur Aseema Mohanty. "Dat is een groot probleem!"

Auteur Xingchen Ji is even enthousiast en hoopt dat het werk financiering krijgt van de industrie om een ​​kleine, volledig geïntegreerd handheld OCT-apparaat voor betaalbare implementatie buiten een ziekenhuis in omgevingen met weinig middelen. Het duidelijk zien van de voordelen van miniaturisatie in interferentietechnologieën, zowel het National Institute of Health als de Amerikaanse luchtmacht financierden Ji's project.

Centraal in de interferometer op chipschaal is de fabricage van de afstembare vertragingslijn. Een vertragingslijn berekent hoe lichtgolven op elkaar inwerken, en door af te stemmen op verschillende optische paden, die zijn als verschillende brandpuntsafstanden op een camera, het verzamelt het interferentiepatroon om een ​​3D-beeld met hoog contrast te produceren.

Ji en Mohanty wikkelden een 0,4 meter lange Si3N4-vertragingslijn in een compact gebied van 8 mm2 en integreerden de microchip met microverwarmers om de warmtegevoelige Si3N4 optisch af te stemmen.

"Door de kachels te gebruiken, we bereiken vertraging zonder bewegende delen, dus zorgen voor een hoge stabiliteit, wat belangrijk is voor de beeldkwaliteit van op interferentie gebaseerde toepassingen, " zei Ji.

Maar met componenten strak gebogen in een kleine ruimte, het is moeilijk om verliezen te vermijden bij het wijzigen van de fysieke grootte van het optische pad. Ji heeft eerder de fabricage geoptimaliseerd om optisch verlies te voorkomen. Hij paste deze methode toe naast een nieuw taps toelopend gebied om lithografische patronen nauwkeurig aan elkaar te naaien - een essentiële stap voor het bereiken van grote systemen. Het team demonstreerde de afstembare vertragingslijnmicrochip op een bestaand commercieel OCT-systeem, waaruit blijkt dat diepere diepten kunnen worden gesondeerd met behoud van afbeeldingen met een hoge resolutie.

Deze techniek moet toepasbaar zijn op alle interferentieapparaten, en Mohanty en Ji beginnen al LIDAR-systemen te schalen, een van de grootste fotonische interferometriesystemen.