초소형 LED는 휴대폰 카메라를 고정밀 현미경으로 바꿔줍니다.

싱가포르와 MIT의 엔지니어들이 작은 LED를 개발했습니다.

포토닉 칩에 내장할 수 있으며,일반 휴대폰 카메라로 홀로그램 현미경을 만드는 데 사용됩니다. 이 기술은 칩에 내장된 광원과 홀로그램 현미경의 데이터를 재구성하는 신경망을 사용합니다.

대부분의 광자 칩의 빛은외부 소스로 인해 전체 에너지 효율이 낮아지고 이러한 칩의 확장성이 심각하게 제한된다고 과학자들은 설명합니다. 이를 해결하기 위해 희토류 도핑 유리, 실리콘-게르마늄 소재(Ge-on-Si), III-V 반도체 화합물 등 다양한 소재를 이용한 임베디드 소스를 개발했다.

완성된 기기는상온에서 작동 가능한 기존 반도체 기술(CMOS)과 통합된 서브파장 LED는 높은 공간 강도(102 ± 48 mW/cm²)를 나타내며 알려진 모든 실리콘 이미터 중 가장 작은 방사 면적(0.09 ± 0.04 μm²)을 나타냅니다. .

증가된 반도체 웨이퍼(a)칩(b)과 LED(c)의 이미지. 홀로그램 현미경 장치(d) 및 재구성된 이미지(e). 이미지: 싱가포르-MIT 연구 및 기술 연합(SMART)

잠재력을 입증하기 위해실제 적용을 위해 연구원들은 이 LED를 렌즈나 구멍이 필요 없는 센티미터 크기의 선형 올실리콘 홀로그램 현미경에 통합했습니다.

무렌즈의 일반적인 장애물홀로그래피 - 표시된 개체를 컴퓨터로 재구성합니다. 기존의 이미지 처리 방법은 정확한 재구성을 위해 실험 설정에 대한 자세한 지식이 필요하며 제어하기 어려운 변수에 민감합니다.

홀로그램 현미경으로 얻은 이미지의 재구성 그림. 이미지: 싱가포르-MIT 연구 및 기술 연합(SMART)

엔지니어들은 신경망을 개발했습니다.이 장애물을 극복합니다. 사전 교육이 필요하지 않으며 소스 스펙트럼 또는 빔 프로필에 대한 사전 지식 없이도 새로운 광원의 이미지를 처리할 수 있습니다. 연구원들은 이 기술이 실리콘 칩과 소프트웨어를 수정하는 것만으로 휴대폰과 같은 일상적인 장치의 카메라를 현미경으로 전환하는 것을 가능하게 한다는 점에 주목합니다.

저렴한 비용과 확장성으로 인해CMOS 마이크로일렉트로닉스 프로세스는 복잡성, 비용 또는 시스템 폼 팩터를 증가시키지 않고 이를 수행할 수 있습니다. 이를 통해 비교적 쉽게 휴대폰 카메라를 이러한 유형의 홀로그램 현미경으로 변환할 수 있습니다.

강익성, 공동저자

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