MIT的红外芯片逐像素控制光线，实现紧凑型热像仪和先进传感系统。
麻省理工学院（MIT）研究人员开发的一款新型芯片，能让红外相机在不使用移动部件的情况下调整捕获红外光的方式，从而使红外相机更小、更智能、用途更广。该技术有望改进热成像、气体泄漏检测、污染监测以及未来的光学计算系统。
该器件相当于一个构建在半导体芯片上的可编程红外透镜。与传统红外系统依赖笨重的机械部件来改变焦点不同，这种新设计在单个微像素级别上以电子方式控制光线。
每个像素都能独立改变其与入射中红外光的相互作用方式，使透镜能够动态调节光学特性，从而帮助相机从同一场景中采集不同类型的信息。
研究人员利用半导体芯片制造中已广泛使用的工艺，构建了一个实验室规模的原型，表明该设计最终有望实现工业规模生产。
解锁像素级控制
该系统将相变材料与类似于显示技术中使用的铜导线交叉杆网络相结合。在导线交叉处，通过掺杂硅产生的热量将材料的微小区域在晶态与非晶态之间切换，这些变化会改变每个像素操控红外光的方式。
以往的可编程超表面通常一次性控制整个透镜，或要求为每个像素进行复杂布线，导致大规模设计极其困难。新的交叉杆架构通过实现二维像素级控制并减少非预期的电干扰，解决了这一难题。
“我们做了一些计算，表明这种架构让我们有可能扩展到数百万像素，而不会出现任何（非预期）电流问题。” MIT材料科学与工程系约翰·F·埃利奥特教授胡觉军说。
“关键创新在于这种交叉杆架构，它提供了一种可扩展的方法来增强超表面的像素级切换。我们并没有发明这种架构——它已用于显示器——但这是我们首次将其用于有源相变超表面，证明可以实现像素级控制。”
研究团队制备了一个6×6的超表面像素阵列，发现它可以反复在状态间切换而不丧失功能。
迈向更智能成像
研究人员表示，该技术可支持从环境监测到国防的各类应用。中红外光特别有用，因为许多气体和有机分子都会吸收这个波长范围的光，使其在检测甲烷、丙烷等化学物质方面极具价值。
“这可以在我们研究太空时提供更多信息，或者助力环境保护，用于监测大气中的特定化合物。” 论文第一作者科斯明-康斯坦丁·波佩斯库说。
“热成像是另一个应用方向，也可以考虑目前使用夜视镜的军事应用。”
该团队还认为，可编程超表面最终可支持光学计算，即用光而非传统电子电路执行计算。胡觉军表示，未来的版本可根据用户想要检测的目标，对图像中的特定物体或图案进行突出显示。
目前，研究人员正致力于增加像素数量并提升器件的耐用性，以便在保持与半导体制造兼容的同时，捕获更精细的红外信息。
该研究发表于《自然·通讯》期刊。
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