As ondas Terahertz podem penetrar materiais opacos e fornecer assinaturas espectrais únicas de vários produtos químicos, mas sua adoção para aplicações do mundo real tem sido limitada pela velocidade lenta, tamanho grande, alto custo e complexidade dos sistemas de imagem terahertz. O problema surge da falta de detectores de plano focal adequados, componentes que contêm detectores de radiação usados ​​pelo sistema de imagem.



Uma equipe de pesquisa liderada por Mona Jarrahi e Aydogan Ozcan, professores de engenharia elétrica e de computação da Escola de Engenharia Samueli da UCLA, inventou uma nova matriz de plano focal terahertz para resolver este problema.

Ao eliminar a necessidade de digitalização raster, que captura e exibe uma imagem ponto por ponto, a equipe de pesquisa é capaz de agilizar a geração de imagens mais de 1.000 vezes mais rápido do que os sistemas atuais. O novo conjunto constitui o primeiro sistema de imagem terahertz conhecido que é rápido o suficiente para capturar vídeos e fornecer imagens multiespectrais 3D em tempo real, mantendo uma alta relação sinal-ruído.

Publicado em Nature Photonics , o estudo da UCLA descreve o novo arranjo de plano focal, que envolve a instalação de 283.500 nanoantenas em um espaço menor que o tamanho de uma semente de gergelim típica. A matriz é capaz de fornecer amplitude espacial e distribuições de fase, bem como dados temporais e espectrais de um objeto com imagem diretamente, evitando assim a necessidade de varredura raster. A equipe também utilizou uma rede neural treinada em aprendizado de máquina para melhorar a resolução das imagens capturadas em tempo real.

"A imagem Terahertz pode nos ajudar a ver coisas que não conseguimos detectar usando outros processos ou tecnologias", disse Jarrahi, que ocupa a cátedra Northrop Grumman em Engenharia Elétrica e lidera o Laboratório de Eletrônica Terahertz na UCLA Samueli. "Com esta matriz de plano focal, desbloqueamos novas possibilidades de usar imagens terahertz para varredura e detecção em tempo real e de alto rendimento de uma forma que não era possível antes."

Tentativas anteriores de criar sistemas de imagem terahertz mais rápidos resultaram em baixas relações sinal-ruído, dificultando a obtenção de imagens limpas pelos pesquisadores. Os sistemas também eram volumosos e caros. Usando a nova matriz de plano focal e a rede neural que a acompanha, a equipe de pesquisa demonstrou a capacidade do sistema de gerar imagens de padrões 3D gravados em silício com mais de 1.000 pixels.

A energia relativamente baixa dos fótons terahertz e sua capacidade de penetrar através de muitos materiais opacos e não condutores tornam a radiação terahertz promissora para uma variedade de aplicações. Isso inclui imagens médicas, triagem de segurança e inspeção de produtos farmacêuticos ou agrícolas.

Jarrahi e Ozcan são membros do California NanoSystems Institute da UCLA, onde Ozcan atua como diretor associado de empreendedorismo, indústria e intercâmbio acadêmico. Ozcan, que ocupa a Cátedra Volgenau de Inovação em Engenharia da UCLA e lidera o Grupo de Pesquisa Ozcan, também tem cargos docentes no Departamento de Bioengenharia e na Escola de Medicina David Geffen da UCLA.

A tecnologia está sendo comercializada pela Lookin Inc., uma startup derivada do grupo de pesquisa de Jarrahi. A empresa foi cofundada por Jarrahi e Nezih Tolga Yardimci, pesquisadora de pós-doutorado e membro de seu grupo de pesquisa. Yardimci é o autor do artigo e atua como CEO e diretor de tecnologia da Lookin.

Outros autores do artigo são o pesquisador de pós-doutorado da UCLA Samueli, Xurong Li, o estudante de graduação Deniz Mengu, o ex-aluno Deniz Turan e Ali Charkhesht – engenheiro principal da Lookin. Todos, exceto Charkhesht, são membros atuais ou ex-membros dos laboratórios de pesquisa de Jarrahi e Ozcan na UCLA.

Mais informações: Xurong Li et al, matriz de plano focal terahertz fotocondutora plasmônica com super-resolução de pixels, Nature Photonics (2024). DOI:10.1038/s41566-023-01346-2
Informações do diário: Fotônica da Natureza

Fornecido pelo Instituto de Engenharia para Avanço Tecnológico da UCLA