三維成像技術(shù)在生物醫(yī)藥、納米顆粒表征、安全、機(jī)器人技術(shù)和手勢(shì)識(shí)別等方面都有應(yīng)用。在過(guò)去，這樣的系統(tǒng)通常是用單像素探測(cè)器或臺(tái)式裝置組成的探測(cè)器陣列組成的。

近日，加州理工學(xué)院的研究人員開(kāi)發(fā)出一種新型3D成像芯片，這芯片很小，可以裝到智能手機(jī)中，使其可以快速抓取對(duì)象的3D影像，然后用3D打印機(jī)將其復(fù)制出來(lái)。

據(jù)加州理工工程與應(yīng)用科學(xué)分布的Ali Hajimiri教授稱(chēng)，該技術(shù)主要基于一種便宜的微型高精確度設(shè)備——納米光子相干成像器（NCI）。

NCI是一種表面積不超過(guò)1平方毫米的廉價(jià)硅芯片，但是它們能夠提供極精確的深度測(cè)量信息，并且這種硅光子是具有高解析度和像素?cái)?shù)的相干3D成像和投影系統(tǒng)的理想平臺(tái)。

“芯片上的每個(gè)像素就是一個(gè)獨(dú)立的干涉儀——使用光波的干涉來(lái)獲得精確測(cè)量數(shù)據(jù)的儀器——它除了信號(hào)的強(qiáng)度之外還檢測(cè)信號(hào)的相位和頻率。”該芯片的開(kāi)發(fā)者Hajimiri教授表示。

這種新的芯片使用激光雷達(dá)技術(shù)（LIDAR），該技術(shù)使用掃描激光束照射掃描對(duì)象。當(dāng)獲得從掃描對(duì)象上反射回來(lái)的光之后，它會(huì)根據(jù)使用激光的波長(zhǎng)進(jìn)行分析，這個(gè)LIDAR系統(tǒng)主要用來(lái)收集關(guān)于對(duì)象大小、距離的信息。

“在我們的相干成像器上就安置了這種微小的激光雷達(dá)陣列，就可以同時(shí)對(duì)一個(gè)對(duì)象場(chǎng)景的不同部分進(jìn)行成像而無(wú)需進(jìn)行任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)。”Hajimiri說(shuō)。“通過(guò)在硅芯片的小管里耦合、圍、并處理反射光，我們將每個(gè)LIDAR元件縮小到只有幾百微米大小——直到可以在一個(gè)300微米×300微米的有源區(qū)內(nèi)形成由16個(gè)獨(dú)立的干涉檢測(cè)儀組成的陣列。”

這種IR波長(zhǎng)能夠有效地通過(guò)集成的硅絕緣體（SOI）納米光子平臺(tái)來(lái)處理。據(jù)研究人員說(shuō)，他們有可能最終會(huì)集成硅電子創(chuàng)造出可在很小的區(qū)域容納相當(dāng)大數(shù)量像素的NCI，而且成本非常低。

Hajimiri和他的同事們使用這種設(shè)備掃描并構(gòu)建了半米遠(yuǎn)的1便士硬幣上浮雕的3D影像，分辨率可達(dá)微米級(jí)。

Hajimiri說(shuō)當(dāng)前16個(gè)像素的陣列將很快擴(kuò)大到幾十萬(wàn)像素，最終形成一個(gè)巨大的LIDAR陣列。

“這種小體積、高質(zhì)量的新型芯片式成像器將會(huì)導(dǎo)致成本的顯著降低，并能夠很容易地融入像智能手機(jī)這樣的個(gè)人設(shè)備。”他說(shuō)。

這項(xiàng)研究名為《納米光子相干成像儀（Nanophotonic Coherent Imager）》，已發(fā)表在《光學(xué)快報(bào)（Optics Express）》2月刊上，作者為Hajimir、Firooz Aflatouni、Behrooz Abiri和Angad Rekhi。