哥大首次克服技术障碍打造应用干涉技术捕捉高质量图像的微型器件

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据报道,美国纽约哥伦比亚大学Christine Hendon和Michal Lipson研究小组的科学家,采用朋友开发的有一种微芯片实验了眼底成像用于疾病的诊断。采用片上可调谐光学延迟线微芯片生成的高质量医学成像证明,研究人员开发的这种 制造最好的方法 可用于传感、成像和光通信系统的微型化。

光干涉技术在微芯片中的应用已有一定的历史。不过,这是首次克服技术障碍成功打造的有一种应用干涉技术捕捉高质量图像的微型器件。

目前,眼科医生使用的光学相干断层扫描(OCT)设备以及勘测人员使用的激光雷达(LiDAR)设备通常体积庞大且昂贵。这推动了相关器件的微型化,以制造更经济的手持式OCT,以及小型化的LiDAR,以应用于自动驾驶汽车。

哥伦比亚大学的研究团队展示了朋友开发的微芯片还可以 在人体组织中捕捉0.6毫米深的高对比度OCT图像。

0.4米长的Si3N4延迟线绕进8平方毫米的区域内,并集成了微型铂加热器

“事先老要受到技术限制,但现在,使用朋友开发的技术,还可以 说还可以 在芯片上制作任何尺寸的系统。”该研究同時 作者Aseema Mohanty说,“这是一项重大突破!”

同時 作者Xingchen Ji同样很兴奋,并希望这项研究还可以 得到产业资助,以开发有一种小型化、经济型、完整篇 集成的手持式OCT设备,以便在资源严重不足的医院外得到广泛应用。美国国家卫生研究院(NIH)和美国空军(U.S. Air Force)都明确看了了这种 干涉技术微型化的优势,资助了Xingchen Ji的研究项目。

芯片级干涉仪的核心是可调谐延迟线的制造

芯片级干涉仪的核心是可调谐延迟线的制造。延迟线计算光波咋样相互作用,并通过调谐到不同的光路(哪些地方地方光路就像相机上的不同焦距),它还可以 校对干涉图案以产生高对比度的3D图像。

实验样本的高拓朴3D高信噪比OCT成像

Ji和Mohanty将三根0.4米长的Si3N4延迟线绕进另一两个 紧凑的8平方毫米的区域内,并将微芯片与微型加热器集成在同時 ,对热敏Si3N4进行光学调谐。

“通过使用微型加热器,朋友还可以 在这麼任何运动部件的情況下实现延迟,从而提供高稳定性,这对于干涉应用的成像质量非常重要。”Ji介绍说。

但会 ,可能组件在很小空间中的紧密弯曲排布,在改变光路的物理尺寸时这麼解决损耗。Ji在事先的工作中优化了制造工艺,以解决光学损失。他将这种 技术与新的锥形区域同時 应用,将光刻图案精确地拼接在同時 ,这是实现大型系统的关键步骤。该团队在现有商用OCT系统上展示了这种 可调谐延迟线微芯片,表明还可以 在保持高分辨率图像的同時 探测更深的层厚。

该技术还可以 适用于所有干涉设备,Mohanty和Ji可能事先刚始于了了研究将其扩展到LiDAR系统,这是最大的光子干涉系统之一。

关于光干涉

光干涉最好的方法 是利用光干涉原理而设计成的有一种物理最好的方法 ,主要技术手段是各种干涉仪。光的干涉是若干个光波(成员波)相遇时产生的光强分布不等于由各个成员波单独造成的光强分布之和,而老出明暗相间的问提。