Onderzoekers hebben een nieuwe microgolf-imager-chip ontwikkeld die op een dag goedkope draagbare microgolf-imagers mogelijk zou kunnen maken, of camera's. Omdat microgolven door bepaalde ondoorzichtige objecten kunnen reizen, de nieuwe imagers kunnen nuttig zijn voor beeldvorming door muren of het detecteren van tumoren door weefsel in het lichaam.

In optiek , Het tijdschrift van de Optical Society (OSA) voor high-impact onderzoek, de onderzoekers beschrijven hoe ze een standaard fabricageproces voor halfgeleiders gebruikten om een ​​microgolfbeeldchip te maken met meer dan 1 000 fotonische componenten. De vierkante chip meet iets meer dan 2 millimeter aan elke kant, waardoor het ongeveer de helft van de breedte van een potloodwisser is.

"De praktische microgolfcamera's van tegenwoordig zijn tafelmodelsystemen die omvangrijk en duur zijn, " zei onderzoeksteamleider Firooz Aflatouni van de Universiteit van Pennsylvania, VS. "Onze nieuwe near-field imager maakt gebruik van optische, in plaats van elektronisch, apparaten om het microgolfsignaal te verwerken. Dit stelde ons in staat om een ​​op chips gebaseerde imager te maken die vergelijkbaar is met de optische camerachips in veel smartphones."

In de hand te houden microgolfbeeldsensoren in de buurt van het veld zouden nuttig zijn voor veel toepassingen, waaronder beeldvorming van de hersenen met hoge resolutie en het bewaken van hartbeweging en ademhaling. Miniaturisatie van microgolfbeeldsensoren zou ook voordelen opleveren voor toepassingen zoals het volgen van objecten in radarsystemen en energiezuinige, snelle communicatieverbindingen.

Optische verwerking gebruikt om microgolfbeelden te maken

Optische camera's zoals die in smartphones gebruiken een lens om een ​​beeld te vormen op de beeldsensor van de camera. De nieuwe near-field imager gebruikt vier antennes om microgolfsignalen te ontvangen die door een object worden gereflecteerd. Deze microgolfsignalen worden vervolgens gecodeerd tot een optisch signaal en worden optisch verwerkt - waarbij een microgolflens wordt geëmuleerd - om een ​​beeld te vormen.

De op chips gebaseerde imager bevat meer dan 1, 000 fotonische componenten zoals golfgeleiders, directionele koppelingen, fotodiodes en ringmodulatoren. Een van de essentiële componenten is het optische vertragingselementnetwerk dat wordt gebruikt voor signaalverwerking, die uit meer dan 280 vertragingscellen bestaat.

"Dit systeem is aanzienlijk kleiner en efficiënter dan zijn elektronische equivalent omdat de vertragingscellen meer dan 10 keer kleiner en meer dan 10 keer efficiënter zijn. " zei Farshid Ashtiani, een afgestudeerde student in de groep van Aflatouni en co-auteur van het papier. "Ze kunnen ook werken met aanzienlijk kortere microgolfpulsen, wat een hogere beeldresolutie oplevert."

De magnetron-imager demonstreren

Om de nieuwe chip te demonstreren, gebruikten de onderzoekers het om objecten met metalen oppervlakken af ​​te beelden, inclusief metalen vierkanten van 24 centimeter aan elke kant en het UPenn-logo. Nadat korte microgolfpulsen elk object voor de imager verlichtten, de vier antennes ontvingen de gereflecteerde signalen, die werden gebruikt om het beeld van elk doelobject te vormen.

"Ons werk laat zien dat standaard halfgeleiderfabricagetechnieken kunnen worden gebruikt om robuuste fotonische systemen te maken die veel apparaten bevatten, " zei Aflatouni. "De kleine imager-chip die we hebben gedemonstreerd, kan worden opgeschaald, waardoor de realisatie van goedkope draagbare microgolfbeeldcamera's met hoge resolutie mogelijk is."

Nu ze een op chips gebaseerde microgolfcamera hebben gedemonstreerd, de onderzoekers zijn van plan het aantal pixels te vergroten door het aantal vertragingslijnen op de chip te verhogen, met behulp van meer geavanceerde fabricagetechnologieën en het aan elkaar naaien van kleinere afbeeldingen. Ze willen ook kortere microgolfpulsen gebruiken om een ​​hogere resolutie te bereiken.