I ricercatori hanno sviluppato un nuovo chip di imaging a microonde che un giorno potrebbe consentire l'utilizzo di imager a microonde portatili a basso costo, o fotocamere. Poiché le microonde possono viaggiare attraverso determinati oggetti opachi, i nuovi imager potrebbero essere utili per l'imaging attraverso le pareti o per rilevare i tumori attraverso i tessuti del corpo.

In ottica , La rivista della Optical Society (OSA) per la ricerca ad alto impatto, i ricercatori descrivono come hanno utilizzato un processo di fabbricazione di semiconduttori standard per realizzare un chip imager a microonde contenente più di 1, 000 componenti fotonici. Il chip quadrato misura poco più di 2 millimetri su ciascun lato, rendendolo circa la metà della larghezza di una gomma da matita.

"I pratici imager a microonde di oggi sono sistemi da banco ingombranti e costosi, ", ha affermato il leader del gruppo di ricerca Firooz Aflatouni dell'Università della Pennsylvania, STATI UNITI D'AMERICA. "Il nostro nuovo imager a campo vicino utilizza ottiche, piuttosto che elettronico, dispositivi per elaborare il segnale a microonde. Questo ci ha permesso di realizzare un imager basato su chip simile ai chip della fotocamera ottica in molti smartphone."

Gli imager portatili a microonde a campo vicino sarebbero utili per molte applicazioni, tra cui l'imaging cerebrale ad alta risoluzione e il monitoraggio del movimento e della respirazione del cuore. La miniaturizzazione degli imager a microonde trarrebbe vantaggio anche da applicazioni come il tracciamento di oggetti nei sistemi radar e a bassa potenza, collegamenti di comunicazione ad alta velocità.

Elaborazione ottica utilizzata per creare immagini a microonde

Le fotocamere ottiche come quelle degli smartphone utilizzano un obiettivo per formare un'immagine sul sensore di immagine della fotocamera. Il nuovo sensore di campo vicino utilizza quattro antenne per ricevere segnali a microonde riflessi da un oggetto. Questi segnali a microonde vengono quindi codificati in un segnale ottico e vengono elaborati otticamente, emulando una lente a microonde, per formare un'immagine.

L'imager basato su chip include più di 1, 000 componenti fotonici come guide d'onda, accoppiatori direzionali, fotodiodi e modulatori ad anello. Uno dei componenti essenziali è la rete di elementi di ritardo ottico utilizzata per l'elaborazione del segnale, che consiste di più di 280 celle di ritardo.

"Questo sistema è significativamente più piccolo e più efficiente del suo equivalente elettronico perché le celle di ritardo sono più di 10 volte più piccole e più di 10 volte più efficienti, " disse Farshid Ashtiani, uno studente laureato nel gruppo di Aflatouni e coautore dell'articolo. "Possono anche funzionare con impulsi a microonde significativamente più brevi, che produce una risoluzione dell'immagine più elevata."

Dimostrazione dell'imager a microonde

Per dimostrare il nuovo chip, i ricercatori lo hanno usato per fotografare oggetti con superfici metalliche, compresi i quadrati metallici di 24 centimetri per lato e il logo UPenn. Dopo che brevi impulsi a microonde hanno illuminato ogni oggetto posto davanti all'imager, le quattro antenne ricevevano i segnali riflessi, che sono stati usati per formare l'immagine di ogni oggetto di destinazione.

"Il nostro lavoro mostra che le tecniche di fabbricazione di semiconduttori standard possono essere utilizzate per creare sistemi fotonici robusti contenenti molti dispositivi, " ha detto Aflatouni. "Il minuscolo chip imager che abbiamo dimostrato può essere scalato, consentendo la realizzazione di imager a microonde portatili ad alta risoluzione a basso costo."

Ora che hanno dimostrato un imager a microonde basato su chip, i ricercatori hanno in programma di aumentare il numero di pixel aumentando il numero di linee di ritardo su chip, utilizzando tecnologie di fabbricazione più avanzate e unendo insieme immagini più piccole. Vogliono anche utilizzare impulsi a microonde più brevi per ottenere una risoluzione più elevata.