Forskare har utvecklat ett nytt mikrovågsugnschip som en dag kan möjliggöra billiga handhållna mikrovågsugnar, eller kameror. Eftersom mikrovågor kan färdas genom vissa ogenomskinliga föremål, de nya avbildarna kan vara användbara för avbildning genom väggar eller upptäcka tumörer genom vävnad i kroppen.

I Optica , The Optical Society's (OSA) tidskrift för högeffektiv forskning, forskarna beskriver hur de använde en standard halvledartillverkningsprocess för att göra ett mikrovågsavbildningschip som innehåller mer än 1, 000 fotoniska komponenter. Det fyrkantiga chipet mäter drygt 2 millimeter på varje sida, vilket gör det ungefär hälften av bredden på en radergummi.

"Dagens praktiska mikrovågsugnar är bänkskivor som är skrymmande och dyra, "sade forskargruppens ledare Firooz Aflatouni från University of Pennsylvania, USA. "Vår nya nära-fält-kamera använder optisk, snarare än elektronisk, enheter för att bearbeta mikrovågssignalen. Detta gjorde det möjligt för oss att göra en chipbaserad bildkamera som liknar optiska kamerachips i många smartphones. "

Handhållna nära-fält mikrovågsugnar kan vara användbara för många applikationer, inklusive högupplöst hjärnbildning och övervakning av hjärtrörelser och andning. Miniatyrisering av mikrovågsbildare skulle också gynna applikationer som spårning av objekt i radarsystem och lågeffekt, höghastighets kommunikationslänkar.

Optisk bearbetning som används för att skapa mikrovågsugnsbilder

Optiska kameror som de i smartphones använder ett objektiv för att bilda en bild på kamerans bildsensor. Den nya near-field imager använder fyra antenner för att ta emot mikrovågssignaler som reflekteras från ett objekt. Dessa mikrovågssignaler kodas sedan till en optisk signal och bearbetas optiskt - efterliknar en mikrovågslins - för att bilda en bild.

Den chipbaserade kameran innehåller mer än 1, 000 fotoniska komponenter som vågledare, riktningskopplingar, fotodioder och ringmodulatorer. En av de väsentliga komponenterna är det optiska fördröjningselementnätverket som används för signalbehandling, som består av mer än 280 fördröjningsceller.

"Detta system är betydligt mindre och mer effektivt än dess elektroniska motsvarighet eftersom fördröjningscellerna är mer än 10 gånger mindre och mer än 10 gånger effektivare, "sa Farshid Ashtiani, en doktorand i Aflatounis grupp och medförfattare på pappret. "De kan också fungera med betydligt kortare mikrovågspulser, som ger högre bildupplösning. "

Demonstrerar mikrovågsugnen

För att demonstrera det nya chipet, forskarna använde den för att avbilda objekt med metalliska ytor, inklusive metalliska rutor som mäter 24 centimeter på varje sida och UPenn -logotypen. Efter att korta mikrovågspulser upplyst varje objekt placerat framför kameran, de fyra antennerna mottog de reflekterade signalerna, som användes för att bilda bilden av varje målobjekt.

"Vårt arbete visar att vanliga halvledartillverkningstekniker kan användas för att skapa robusta fotoniska system som innehåller många enheter, "sa Aflatouni." Det lilla bildchipchip som vi visade kan skalas upp, möjliggör realisering av billiga handhållna högupplösta mikrovågsugnar. "

Nu när de har demonstrerat en chipbaserad mikrovågsugn, forskarna planerar att öka antalet pixlar genom att öka antalet fördröjningslinjer på chip, genom att använda mer avancerad tillverkningsteknik och sy ihop mindre bilder. De vill också använda kortare mikrovågspulser för att uppnå högre upplösning.