Cette forme de microscope n'a pas d'optique conventionnelle (voir les schémas), mais utilise les mathématiques pour reconstruire une image de l'objet à partir de motifs d'interférence. Dans ce cas, SMART a créé une architecture de réseau neuronal profond pour effectuer la reconstruction - des graines de plantes et des échantillons de tissus dans ce cas
La LED à température ambiante a été fabriquée sur une plaquette de 300 mm à l'aide d'un processus CMOS en vrac commercial non modifié de 55 nm avec des composants électroniques et d'autres composants photoniques, et émet des infrarouges de 1.1 μm à plus de 50 mW/cm2 d'une zone inférieure à 0.14 μm2 (~400nm de diamètre).
Au microscope, il fait face à un capteur d'image CMOS 10 x 12 mm de 9.5 Mpixels. Des billes de 20 μm de diamètre pourraient être imagées.
La passivation de surface s'est avérée importante pour la LED, car la recombinaison non radiative due aux défauts de surface devient plus problématique à mesure que les dimensions diminuent. Les porteurs étaient confinés par une couche d'oxyde de grille et le champ électrique du contact supérieur d'injection de porteur, qui était fabriqué à partir de polysilicium transparent au lieu de métal opaque pour améliorer l'émission.
Le réseau de neurones de l'équipe tient compte des variables du système et peut être utilisé sans connaissance préalable du spectre ni du profil du faisceau de la source lumineuse. Il n'a pas besoin de données d'entraînement et a à la place un modèle physique intégré dans son algorithme.
"En plus de la reconstruction d'images holographiques, le réseau neutre offre une récupération aveugle du spectre de la source à partir d'un seul motif d'intensité diffractée, ce qui marque une rupture avec toutes les techniques d'apprentissage supervisées précédentes", selon SMART, qui voit des microscopes à réseau neuronal LED similaires utilisés pour suivi de cellules vivantes ou imagerie spectroscopique de tissus biologiques tels que des plantes vivantes.
Parmi les LED, il a déclaré: "D'autres applications incluent la mise en réseau de ces LED dans CMOS pour générer un éclairage cohérent programmable pour des systèmes plus complexes."
Tous les détails de la LED ont été publiés dans l'article librement disponible de Nature Communications 'A sub-wavelength Si LED integrated in a CMOS platform' et les détails du nouveau réseau neuronal non entraîné peuvent être trouvés dans 'Simultaneous spectral recovery and CMOS micro-LED holography with an untrained deep neural network', publié dans Optica, et également disponible sans paiement.
Images : Alliance Singapour-MIT pour la recherche et Technologie (INTELLIGENT)
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