Самый маленький в мире светодиод может превратить смартфон в микроскоп

Самый маленький в мире светодиод превращает смартфон в микроскоп

Фотоника - это область технологии, связанная с передачей и свойствами фотонов. Разработки в области фотоники привели к инновациям в широком спектре областей, включая оптическую передачу данных, визуализацию изображений, здравоохранение, а также освещение и дисплеи. Хотя фотонные чипы (микросхемы, содержащие два или более фотонных компонента, которые образуют функционирующую схему) прошли долгий путь в области освещения, интеграция небольшого яркого источника света в чип остается очень трудной задачей. Обычно производители прибегают к использованию внечипового источника света, который имеет низкую энергоэффективность и ограничивает масштабируемость фотонных чипов. Однако автономные излучатели, возможно, ушли в прошлое благодаря исследователям из Сингапурско-Массачусетского технологического альянса по исследованиям и технологиям (SMART), которые разработали самый маленький в мире кремниевый светодиод (LED) - шириной менее микрометра – с интенсивностью, сравнимой с гораздо более крупными кремниевыми светодиодами. Предыдущие встроенные в чип излучатели было трудно интегрировать в стандартные комплементарные металл-оксид-полупроводниковые платформы (CMOS). CMOS - это интегральная схема, построенная на печатной плате, полупроводниковая технология, используемая в большинстве современных чипов. В мобильных телефонах CMOS используется в качестве ‘глазка’ камеры. Теперь же сингапурские и американские исследователи разместили свой крошечный кремниевый светодиод в 55–нм КМОП-узле рядом с другими фотонными и электронными компонентами - всё на одном чипе. Чтобы проверить, как светодиод можно использовать в реальном приложении, инженеры поместили его в безлинзовый голографический микроскоп. Безлинзовые микроскопы меньше обычных микроскопов и дешевле, поскольку не требуют сложных и точных систем линз. Они используют источник света для освещения образца; затем свет рассеивается на цифровой датчик изображения CMOS, создавая цифровую голограмму, которую компьютер обрабатывает для получения изображения.

При использовании голографической микроскопии без линз могут возникнуть трудности с восстановлением изображения. Обычно для точной реконструкции требуется детальное знание апертуры и длины волны источника света, а также расстояния от образца до датчика. Чтобы преодолеть эту трудность, исследователи использовали алгоритм нейронной сети для восстановления объектов, просматриваемых с помощью голографического микроскопа. Исследователи обнаружили, что их голографическая линза обеспечивает более точные изображения с высоким разрешением, чем обычный оптический микроскоп. Они подсчитали, что его разрешение составляло приблизительно 20 микрометров (микрон). Для сравнения, клетка кожи человека имеет диаметр от 20 до 40 микрон; лейкоцитоз - около 30 микрон. Исследователи видят множество применений для своих микро-светодиодов и нейронной сети следующего поколения, интегрированных в CMOS, включая реконструкцию микроскопических объектов, таких как образцы тканей человека и семена растений. И исследователи говорят, что его можно использовать в существующих камерах смартфонов, просто изменив чип и программное обеспечение телефона, превратив телефон в микроскоп высокого разрешения.