O menor microscópio holográfico precisa do menor LED de silício de todos os tempos

Esta forma de microscópio não possui óptica convencional (ver diagramas), mas usa matemática para reconstruir uma imagem do objeto a partir de padrões de interferência. Neste caso, a SMART criou uma arquitetura de rede neural profunda para fazer a reconstrução – de sementes de plantas e amostras de tecido neste caso

O LED de temperatura ambiente foi fabricado em um wafer de 300 mm usando um processo CMOS comercial não modificado de 55 nm em massa, juntamente com componentes eletrônicos e outros componentes fotônicos, e emite infravermelho de 1.1 μm a mais de 50 mW/cm² de uma área abaixo de 0.14μm² (~400 nm de diâmetro).

No microscópio, ele enfrenta um sensor de imagem CMOS de 10 x 12 mm e 9.5 Mpixel. Grânulos de 20μm de diâmetro podem ser visualizados.

A passivação de superfície provou ser importante para o LED, pois a recombinação não radiativa devido a defeitos de superfície torna-se mais um problema à medida que as dimensões diminuem. Os portadores foram confinados por uma camada de óxido de portão e o campo elétrico do contato superior de injeção de portador, que foi feito de polissilício transparente em vez de metal opaco para melhorar a emissão.

Sobre a reconstrução de imagens, a SMART disse: “Os métodos de reconstrução tradicionais requerem conhecimento detalhado da configuração experimental para uma reconstrução precisa e são sensíveis a variáveis ​​difíceis de controlar, como aberrações ópticas, presença de ruído e o problema da 'imagem gêmea'.”

A rede neural da equipe leva em conta as variáveis ​​do sistema e pode ser usada sem conhecimento prévio do espectro nem do perfil do feixe da fonte de luz. Ele não precisa de dados de treinamento e, em vez disso, possui um modelo físico embutido em seu algoritmo.

“Além da reconstrução de imagem holográfica, a rede neutra oferece recuperação de espectro de fonte cega a partir de um único padrão de intensidade difratada, o que marca um afastamento de todas as técnicas anteriores de aprendizado supervisionado”, de acordo com a SMART, que vê microscópios de rede neural de LED semelhantes sendo usados ​​para rastreamento de células vivas ou imagens espectroscópicas de tecidos biológicos, como plantas vivas.

Sobre os LEDs, disse: “Aplicações adicionais incluem a disposição desses LEDs no CMOS para gerar iluminação coerente programável para sistemas mais complexos”.

Detalhes completos do LED foram publicados no artigo da Nature Communications disponível gratuitamente 'A sub-wavelength Si LED integrado em uma plataforma CMOS' e detalhes da nova rede neural não treinada podem ser encontrados em 'Recuperação espectral simultânea e micro-LED CMOS holografia com uma rede neural profunda não treinada', publicada na Optica, e também disponível gratuitamente.

Imagens: Aliança Cingapura-MIT para Pesquisa e Equipar (INTELIGENTE)

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