太赫茲波可以穿透不透明材料，并提供各種化學(xué)物質(zhì)的獨(dú)特光譜特征，但它們?cè)诂F(xiàn)實(shí)世界中的應(yīng)用受到太赫茲成像系統(tǒng)速度慢、尺寸大、成本高和復(fù)雜性的限制。問(wèn)題在于缺乏合適的焦平面陣列探測(cè)器，這種探測(cè)器包含成像系統(tǒng)使用的輻射探測(cè)器。

由加州大學(xué)洛杉磯分校Samueli工程學(xué)院電氣和計(jì)算機(jī)工程教授Mona Jarrahi和Aydogan Ozcan領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種新的太赫茲焦平面陣列來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

帶PSR的等離子體光電導(dǎo)THz-FPA

通過(guò)消除逐點(diǎn)捕獲和顯示圖像的光柵掃描的需要，研究團(tuán)隊(duì)能夠加速成像，比現(xiàn)有系統(tǒng)快1000倍以上。新陣列構(gòu)成第一個(gè)已知的太赫茲成像系統(tǒng)，其速度足以捕獲視頻并提供實(shí)時(shí)、3D多光譜圖像，同時(shí)保持高信噪比。

加州大學(xué)洛杉磯分校的研究發(fā)表在《自然·光子學(xué)》上，描述了新的焦平面陣列，該陣列在小于典型芝麻種子大小的空間內(nèi)安裝了283,500個(gè)納米天線。該陣列能夠提供空間振幅和相位分布，以及直接成像物體的時(shí)間和光譜數(shù)據(jù)，從而繞過(guò)了光柵掃描的需要。該團(tuán)隊(duì)還利用機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)提高捕獲圖像的分辨率。

Jarrahi說(shuō)：“太赫茲成像可以幫助我們看到使用其他過(guò)程或技術(shù)無(wú)法檢測(cè)到的東西，通過(guò)這種焦平面陣列，我們開(kāi)啟了新的可能性，以一種以前不可能的方式將太赫茲成像用于實(shí)時(shí)高通量掃描和檢測(cè)”。他是諾斯羅普·格魯曼公司電氣工程主席，并領(lǐng)導(dǎo)加州大學(xué)洛杉磯分校Samueli的太赫茲電子實(shí)驗(yàn)室。

先前試圖創(chuàng)建更快的太赫茲成像系統(tǒng)，但信號(hào)噪聲比低，研究人員難以獲得清晰的圖像。該系統(tǒng)體積龐大且價(jià)格昂貴。使用新的焦平面陣列及其配備的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，研究小組展示了該系統(tǒng)能夠以超過(guò)1000個(gè)像素對(duì)硅蝕刻的3D圖案進(jìn)行成像。

太赫茲光子的能量相對(duì)較低，并且能夠穿透許多不透明和非導(dǎo)電材料，這使得太赫茲輻射有希望在各個(gè)行業(yè)中得到應(yīng)用。比如醫(yī)學(xué)成像、安全檢查以及藥品或農(nóng)產(chǎn)品檢查。

Jarrahi和Ozcan都是加州大學(xué)洛杉磯分校加州納米系統(tǒng)研究所的成員，Ozcan擔(dān)任創(chuàng)業(yè)、工業(yè)和學(xué)術(shù)交流的副主任。Ozcan是加州大學(xué)洛杉磯分校Volgenau工程創(chuàng)新主席，并領(lǐng)導(dǎo)Ozcan研究小組，他還在加州大學(xué)洛杉磯分校生物工程系和David Geffen醫(yī)學(xué)院擔(dān)任教職。

這項(xiàng)技術(shù)正由Lookin公司商業(yè)化，這是一家從Jarrahi研究小組分離出來(lái)的初創(chuàng)公司。該公司由 Jarrahi 和博士后研究員兼研究小組成員 Nezih Tolga Yardimci 共同創(chuàng)立。Yardimci是該論文的作者，并擔(dān)任Lookin的首席執(zhí)行官兼首席技術(shù)官。

該論文的其他作者是加州大學(xué)洛杉磯分校Samueli博士后研究員Xurong Li，研究生Deniz Mengu，校友Deniz Turan和Lookin的首席工程師Ali Charkhesht。除了Charkhesht之外，所有人都是加州大學(xué)洛杉磯分校Jarrahi和Ozcan研究實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)任或前任成員。

審核編輯：湯梓紅