近日，發(fā)表在《應(yīng)用物理快報(bào)》上一篇論文中，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校、圣路易斯華盛頓大學(xué)和豪威科技（OmniVision Technologies）的研究人員介紹了集成在圖像傳感器芯片上的最新納米結(jié)構(gòu)組件很有可能會(huì)對多模態(tài)成像產(chǎn)生重大影響。

這些研究成果可以使自動(dòng)駕駛汽車能夠看到拐角處，而不僅僅是前后方；生物醫(yī)學(xué)成像可以檢測不同組織深度的異常；望遠(yuǎn)鏡可以看穿星際塵埃。

（a）只能檢測光強(qiáng)度的傳統(tǒng)傳感器和（b）納米結(jié)構(gòu)多模態(tài)傳感器的原理圖，該傳感器可以通過亞波長尺度的光物質(zhì)相互作用來檢測各種質(zhì)量的光。

來自威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的論文合著者Yurui Qu說：“圖像傳感器將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器的理想人工眼睛，利用現(xiàn)有成像傳感器取得的進(jìn)展可能會(huì)產(chǎn)生更直接的影響�！�

將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的圖像傳感器由單顆芯片上的數(shù)百萬/數(shù)千萬像素組成。開發(fā)人員面臨的挑戰(zhàn)是如何將多功能組件作為傳感器的一部分進(jìn)行集成化和小型化。

在發(fā)表的論文中，研究人員詳細(xì)介紹了一種通過制造“片上光譜儀”來檢測多波段光譜的有前途的方法。他們將硅光子晶體濾光片薄膜直接沉積在圖像傳感器像素頂部，以在入射光與傳感器之間產(chǎn)生復(fù)雜的相互作用。

濾光片薄膜下方的傳感器像素記錄了光能的分布，從中可以推斷出光譜信息。該器件尺寸面積小于6平方毫米，可以通過編程方式以滿足各種動(dòng)態(tài)范圍、分辨率水平以及從可見光到紅外光的光譜范圍。

研究人員還介紹了構(gòu)建可以檢測光入射角度的納米結(jié)構(gòu)組件，以探測深度信息并在亞細(xì)胞尺度上構(gòu)建3D形狀。該工作靈感來自于壁虎等動(dòng)物身上發(fā)現(xiàn)的定向聽覺傳感器，例如壁虎的頭部太小而無法確定聲音的來源，但他們使用“耦合耳膜”來測量聲音的方向，其尺寸比相應(yīng)的聲波波長小幾個(gè)數(shù)量級。

同樣，耦合的硅納米線被構(gòu)造為諧振器以實(shí)現(xiàn)光學(xué)諧振。存儲(chǔ)在兩個(gè)諧振器中的光能對入射角很敏感。離光最近的納米線產(chǎn)生強(qiáng)電流，而另一條納米線產(chǎn)生弱電流。通過比較來自兩條納米線的強(qiáng)電流和弱電流，就可以確定入射光的角度。

數(shù)以百萬計(jì)的納米線可以放置在1平方毫米的芯片上。這項(xiàng)研究可以支持無鏡頭相機(jī)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和機(jī)器人視覺的進(jìn)步。

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