Kızılötesi görüntülemede mekanik lensleri ortadan kaldırabilecek çip

Gece görüş sistemlerinden endüstriyel kirlilik izleme cihazlarına kadar birçok alanda kullanılan geleneksel kızılötesi kameralar, odaklama işlemi için mekanik ve hareketli lens bileşenlerine ihtiyaç duyuyor. Bu bileşenler cihazların boyutunu ve üretim maliyetlerini artırırken, zamanla aşınmaları nedeniyle kullanım ömürlerini de sınırlandırıyor. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) araştırmacıları, mekanik lenslere duyulan ihtiyacı azaltmayı ve kızılötesi ışığın doğrudan yarı iletken yonga üzerinde kontrol edilmesini sağlamayı amaçlayan programlanabilir bir lens teknolojisi geliştirdi.

ÇAPRAZ ÇUBUK MİMARİSİ

Geliştirilen prototip, mekanik bir odaklama sistemi yerine ışığı mikroskobik pikseller düzeyinde yönlendiren yarı iletken bir çipten oluşuyor. Her pikselin orta kızılötesi ışıkla etkileşimi bağımsız olarak değiştirilebiliyor. Böylece metayüzeyin optik özellikleri milisaniyeler içinde yeniden ayarlanabiliyor. Çipte, özel bir faz değişim malzemesi ile ekran teknolojilerinde kullanılan bakır tellerden oluşan iki boyutlu çapraz çubuk ağı bir araya getiriliyor. Tellerin kesiştiği noktalarda katkılı silikon aracılığıyla kontrollü ısı üretiliyor. Üretilen ısı, faz değişim malzemesinin mikroskobik bölgelerini kristal ve amorf durumlar arasında değiştiriyor. Bu işlem, her pikselin kızılötesi ışığı nasıl yönlendireceğini belirliyor. Yeni çapraz çubuk tasarımı, önceki programlanabilir metayüzeylerde karşılaşılan istenmeyen elektriksel parazitleri ve kaçak akımları azaltıyor. Araştırmacılar, bu mimarinin aynı anda milyonlarca pikselin kontrol edilmesine imkân sağlayabileceğini belirtiyor.

MIT John F. Elliott Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Profesörü Juejun Hu, sistemin ölçeklenebilirliğine ilişkin şunları söyledi: “Yaptığımız hesaplamalar, bu mimarinin kaçak akımlarla ilgili herhangi bir problem yaşamadan potansiyel olarak milyonlarca piksele ölçeklenmemize izin verdiğini gösterdi. Temel yenilik, metayüzeylerin piksel düzeyinde anahtarlanmasını artırmak için bu ölçeklenebilir çapraz çubuk mimarisini ilk kez aktif faz değişim sistemlerine uyarlamış olmamızdır.”

İLK PROTOTİP 6x6 PİKSELDEN OLUŞUYOR

Laboratuvarda üretilen prototip, 6’ya 6 boyutlarında bir metayüzey piksel dizisinden oluşuyor. Yapılan deneylerde sistemin işlevselliğini kaybetmeden farklı durumlar arasında tekrar tekrar geçiş yapabildiği görüldü. Araştırmanın ilk yazarı Cosmin-Constantin Popescu, orta kızılötesi ışığın gazlar ve organik moleküller tarafından emilebildiğine dikkat çekerek teknolojinin çevresel izleme çalışmalarında kullanılabileceğini belirtti. Popescu, “Bu teknoloji, atmosferdeki metan ve propan gibi belirli bileşikleri izlemek istediğiniz çevre koruma ve kirlilik kontrol çalışmalarına büyük katkı sunabilir. Termal görüntüleme ve gece görüş gözlüklerinin kullanıldığı askeri savunma uygulamaları da bir diğer birincil hedef pazarımızdır” dedi.

OPTİK BİLGİ İŞLEMDE DE KULLANILABİLİR

Teknolojinin uzun vadede, verileri geleneksel silikon devreler yerine doğrudan ışık dalgalarıyla işleyen optik bilgi işlem sistemlerine katkı sağlaması öngörülüyor. Gelecekte geliştirilecek sürümlerin, tespit edilmek istenen nesne veya desenlere göre kendisini anlık olarak yeniden yapılandırabilen akıllı filtre çiplerine dönüştürülmesi planlanıyor. MIT ekibi, yarı iletken üretim tesislerinde kullanılan süreçlerle uyumluluğu koruyarak piksel sayısını artırmak ve cihazın endüstriyel dayanıklılığını geliştirmek için çalışmalarını sürdürüyor.