Las ondas de terahercios pueden penetrar materiales opacos y proporcionar firmas espectrales únicas de diversas sustancias químicas, pero su adopción para aplicaciones del mundo real se ha visto limitada por la baja velocidad, el gran tamaño, el alto costo y la complejidad de los sistemas de imágenes de terahercios. El problema surge de la falta de detectores de matriz de plano focal adecuados, componentes que contienen detectores de radiación utilizados por el sistema de imágenes.
Un equipo de investigación dirigido por Mona Jarrahi y Aydogan Ozcan, ambos profesores de ingeniería eléctrica e informática en la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA, ha inventado una nueva matriz de plano focal de terahercios para resolver este problema.
Al eliminar la necesidad de escaneo rasterizado, que captura y muestra una imagen punto por punto, el equipo de investigación puede acelerar la generación de imágenes más de 1000 veces más rápido que los sistemas actuales. La nueva matriz constituye el primer sistema de imágenes de terahercios conocido que es lo suficientemente rápido como para capturar videos y proporcionar imágenes multiespectrales 3D en tiempo real manteniendo una alta relación señal-ruido.
Publicado en Fotónica de la Naturaleza , el estudio de la UCLA describe el nuevo conjunto de plano focal, que implica colocar 283.500 nanoantenas en un espacio más pequeño que el tamaño de una semilla de sésamo típica. La matriz es capaz de proporcionar distribuciones de amplitud y fase espacial, así como datos temporales y espectrales de un objeto fotografiado directamente, evitando así la necesidad de escaneo rasterizado. El equipo también utilizó una red neuronal entrenada con aprendizaje automático para mejorar la resolución de las imágenes capturadas en tiempo real.
"Las imágenes de terahercios pueden ayudarnos a ver cosas que no pudimos detectar utilizando otros procesos o tecnologías", dijo Jarrahi, quien ocupa la Cátedra Northrop Grumman en Ingeniería Eléctrica y dirige el Laboratorio de Electrónica de Terahercios en UCLA Samueli. "Con esta matriz de plano focal, hemos desbloqueado nuevas posibilidades para utilizar imágenes de terahercios para escaneo y detección de alto rendimiento en tiempo real de una manera que antes no era posible".
Intentos anteriores de crear sistemas de imágenes de terahercios más rápidos han dado como resultado relaciones señal-ruido bajas, lo que dificulta a los investigadores obtener imágenes limpias. Los sistemas también eran voluminosos y caros. Utilizando el nuevo conjunto de plano focal y la red neuronal que lo acompaña, el equipo de investigación demostró la capacidad del sistema para generar imágenes de patrones 3D grabados en silicio con más de 1000 píxeles.
La energía relativamente baja de los fotones de terahercios y su capacidad para penetrar a través de muchos materiales opacos y no conductores hacen que la radiación de terahercios sea prometedora para una variedad de aplicaciones. Estos incluyen imágenes médicas, controles de seguridad e inspección de productos farmacéuticos o agrícolas.
Jarrahi y Ozcan son miembros del Instituto NanoSystems de California en UCLA, donde Ozcan se desempeña como director asociado de emprendimiento, industria e intercambio académico. Ozcan, que ocupa la Cátedra Volgenau de Innovación en Ingeniería de UCLA y dirige el Grupo de Investigación Ozcan, también tiene nombramientos como profesores en el Departamento de Bioingeniería y la Facultad de Medicina David Geffen de UCLA.
La tecnología está siendo comercializada por Lookin Inc., una startup derivada del grupo de investigación de Jarrahi. La empresa fue cofundada por Jarrahi y Nezih Tolga Yardimci, investigadora postdoctoral y miembro de su grupo de investigación. Yardimci es autor del artículo y se desempeña como director ejecutivo y director de tecnología de Lookin.
Otros autores del artículo son el investigador postdoctoral Samueli de UCLA, Xurong Li, el estudiante graduado Deniz Mengu, el ex alumno Deniz Turan y Ali Charkhesht, ingeniero principal de Lookin. Todos menos Charkhesht son miembros actuales o anteriores de los laboratorios de investigación de Jarrahi y Ozcan en UCLA.
Más información: Xurong Li et al, Matriz de plano focal de terahercios fotoconductivo plasmónico con superresolución de píxeles, Nature Photonics (2024). DOI:10.1038/s41566-023-01346-2
Información de la revista: Fotónica de la naturaleza
Proporcionado por el Instituto de Ingeniería para el Avance Tecnológico de UCLA
