Diese Mikroskopform hat keine herkömmliche Optik (siehe Diagramme), verwendet aber Mathematik, um aus Interferenzmustern ein Bild des Objekts zu rekonstruieren. In diesem Fall erstellte SMART eine tiefe neuronale Netzwerkarchitektur, um die Rekonstruktion durchzuführen – in diesem Fall von Pflanzensamen und Gewebeproben
Die Raumtemperatur-LED wurde auf einem 300-mm-Wafer unter Verwendung eines unmodifizierten kommerziellen 55-nm-Bulk-CMOS-Prozesses zusammen mit Elektronik und anderen photonischen Komponenten hergestellt und emittiert 1.1 μm Infrarot bei über >50 mW/cm2 aus einem Bereich unter 0.14 μm2 (~400nm im Durchmesser).
Im Mikroskop steht ihm ein 10 x 12 mm großer 9.5-Megapixel-CMOS-Bildsensor gegenüber. Kügelchen mit 20 μm Durchmesser konnten abgebildet werden.
Die Oberflächenpassivierung erwies sich für die LED als wichtig, da die strahlungslose Rekombination aufgrund von Oberflächendefekten mit schrumpfenden Abmessungen zu einem größeren Problem wird. Ladungsträger wurden durch eine Gate-Oxidschicht und das elektrische Feld des ladungsträgerinjizierenden oberen Kontakts begrenzt, der zur Verbesserung der Emission aus transparentem Polysilizium statt aus undurchsichtigem Metall hergestellt war.
Das neuronale Netzwerk des Teams berücksichtigt Systemvariablen und kann ohne vorherige Kenntnis des Spektrums oder Strahlprofils der Lichtquelle verwendet werden. Es benötigt keine Trainingsdaten und verfügt stattdessen über ein in seinen Algorithmus eingebettetes Physikmodell.
„Zusätzlich zur holografischen Bildrekonstruktion bietet das neutrale Netzwerk eine blinde Wiederherstellung des Quellenspektrums aus einem einzelnen gebeugten Intensitätsmuster, was eine Abkehr von allen früheren überwachten Lerntechniken darstellt“, so SMART, für die ähnliche Mikroskope mit LED-Neuronalen Netzwerken verwendet werden Live-Cell-Tracking oder spektroskopische Bildgebung von biologischen Geweben wie lebenden Pflanzen.
Zu den LEDs hieß es: „Weitere Anwendungen umfassen das Array dieser LEDs in CMOS, um eine programmierbare kohärente Beleuchtung für komplexere Systeme zu erzeugen.“
Vollständige Details der LED wurden in dem frei verfügbaren Artikel von Nature Communications „A sub-wavelength Si LED integrated in a CMOS platform“ veröffentlicht, und Einzelheiten des neuartigen untrainierten neuronalen Netzwerks sind in „Simultaneous Spectral Recovery and CMOS micro-LED“ zu finden Holographie mit einem untrainierten tiefen neuronalen Netz', veröffentlicht in Optica, und auch kostenlos erhältlich.
Bilder: Singapore-MIT Alliance for Research and Technologie (CLEVER)
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