北京
MIT的紅外芯片逐像素控制光線，實現緊湊型熱像儀和先進傳感系統。
麻省理工學院（MIT）研究人員開發的一款新型芯片，能讓紅外相機在不使用移動部件的情況下調整捕獲紅外光的方式，從而使紅外相機更小、更智能、用途更廣。該技術有望改進熱成像、氣體泄漏檢測、污染監測以及未來的光學計算系統。
該器件相當于一個構建在半導體芯片上的可編程紅外透鏡。與傳統紅外系統依賴笨重的機械部件來改變焦點不同，這種新設計在單個微像素級別上以電子方式控制光線。
每個像素都能獨立改變其與入射中紅外光的相互作用方式，使透鏡能夠動態調節光學特性，從而幫助相機從同一場景中采集不同類型的信息。
研究人員利用半導體芯片制造中已廣泛使用的工藝，構建了一個實驗室規模的原型，表明該設計最終有望實現工業規模生產。
解鎖像素級控制
該系統將相變材料與類似于顯示技術中使用的銅導線交叉桿網絡相結合。在導線交叉處，通過摻雜硅產生的熱量將材料的微小區域在晶態與非晶態之間切換，這些變化會改變每個像素操控紅外光的方式。
以往的可編程超表面通常一次性控制整個透鏡，或要求為每個像素進行復雜布線，導致大規模設計極其困難。新的交叉桿架構通過實現二維像素級控制并減少非預期的電干擾，解決了這一難題。
“我們做了一些計算，表明這種架構讓我們有可能擴展到數百萬像素，而不會出現任何（非預期）電流問題。” MIT材料科學與工程系約翰·F·埃利奧特教授胡覺軍說。
“關鍵創新在于這種交叉桿架構，它提供了一種可擴展的方法來增強超表面的像素級切換。我們并沒有發明這種架構——它已用于顯示器——但這是我們首次將其用于有源相變超表面，證明可以實現像素級控制。”
研究團隊制備了一個6×6的超表面像素陣列，發現它可以反復在狀態間切換而不喪失功能。
邁向更智能成像
研究人員表示，該技術可支持從環境監測到國防的各類應用。中紅外光特別有用，因為許多氣體和有機分子都會吸收這個波長范圍的光，使其在檢測甲烷、丙烷等化學物質方面極具價值。
“這可以在我們研究太空時提供更多信息，或者助力環境保護，用于監測大氣中的特定化合物。” 論文第一作者科斯明-康斯坦丁·波佩斯庫說。
“熱成像是另一個應用方向，也可以考慮目前使用夜視鏡的軍事應用。”
該團隊還認為，可編程超表面最終可支持光學計算，即用光而非傳統電子電路執行計算。胡覺軍表示，未來的版本可根據用戶想要檢測的目標，對圖像中的特定物體或圖案進行突出顯示。
目前，研究人員正致力于增加像素數量并提升器件的耐用性，以便在保持與半導體制造兼容的同時，捕獲更精細的紅外信息。
該研究發表于《自然·通訊》期刊。
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