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Jan 04, 2024

엑스

Nature 618권, 281~286페이지(2023)이 기사 인용 12k 액세스 99 Altmetric Metrics 세부 정보 라이트 필드 감지는 광선의 강도와 자유 방향의 정확한 방향을 모두 측정합니다.

Nature 618권, 281~286페이지(2023)이 기사 인용

12,000회 액세스

99 알트메트릭

측정항목 세부정보

라이트 필드 감지는 광선의 강도와 자유 공간에서의 정확한 방향을 모두 측정합니다. 그러나 현재의 명시야 감지 기술은 복잡한 마이크로렌즈 배열이 필요하거나 자외선-가시광선 파장 범위1,2,3,4로 제한됩니다. 여기에서는 X선에서 가시광선(0.002-550 nm)까지 방사선 벡터를 결정하는 데 사용할 수 있는 리소그래피 패턴의 페로브스카이트 나노결정 배열을 기반으로 하는 강력하고 확장 가능한 방법을 제시합니다. 이러한 다색 나노결정 배열을 사용하면 특정 방향에서 나오는 광선을 각도 분해능 0.0018°의 픽셀화된 색상 출력으로 변환할 수 있습니다. 우리는 특정 방향으로 나노결정 배열을 수정함으로써 광원의 3차원 명시야 감지 및 공간적 위치 지정이 가능하다는 것을 발견했습니다. 우리는 또한 픽셀화된 나노결정 어레이와 컬러 전하 결합 장치를 결합하여 3차원 물체 이미징과 가시광선 및 X선 위상차 이미징을 시연합니다. 색 대비 인코딩을 통해 광학 파장을 넘어서는 빛의 방향을 감지하는 능력은 3차원 위상차 이미징, 로봇 공학, 가상 현실, 단층 생물학적 이미징 및 위성 자율 항법과 같은 새로운 응용 분야를 가능하게 할 수 있습니다.

재료와 반도체 공정의 발전으로 마이크로 및 나노 광검출기의 설계와 제조에 혁명이 일어났습니다. 그러나 대부분의 센서의 픽셀은 전자기파의 강도만 감지합니다. 결과적으로 물체와 회절된 광파의 모든 위상 정보가 손실됩니다5,6,7,8,9,10. 2차원 사진 및 현미경 이미징과 같은 기존 응용 분야에는 강도 정보만으로도 충분하지만 이러한 제한은 위상차 이미징, 광 감지 및 거리 측정, 자율 차량, 가상 차량 등을 포함한 3차원(3D) 및 4차원 이미징 응용 분야를 방해합니다. 현실과 우주 탐사11,12,13,14,15,16,17,18,19. 픽셀화된 포토다이오드가 있는 마이크로렌즈 또는 광결정의 광학 어레이는 일반적으로 광 필드 또는 광 방향 분포를 측정하여 위상 정보를 특성화하는 데 사용됩니다. 그럼에도 불구하고 이러한 요소를 보완적인 금속 산화물 반도체 아키텍처에 통합하는 것은 비용이 많이 들고 복잡합니다4,20,21,22. 파장 이하 반도체 구조의 광학 공진은 빛-물질 상호 작용을 조작하여 각도에 민감한 구조의 개발을 가능하게 합니다. 그러나 대부분은 파장이나 편광에 의존하며 굴절률이 높은 재료가 필요합니다. 더욱이, 광벡터 검출 및 제어는 현재 자외선 및 가시광선 파장으로 제한됩니다. Shack-Hartmann 또는 Hartmann 구조를 사용하는 여러 센서는 극자외선 범위에서 위상 측정이 가능하지만, 기존 거울이나 마이크로렌즈를 사용하여 고에너지 빔의 초점을 맞출 수 없기 때문에 하드 X선 및 감마선의 위상 측정은 여전히 ​​어려운 과제로 남아 있습니다30,31 .

데이터 시각화에서 색상 인코딩의 다양성으로 인해 우리는 색상 대비 인코딩을 사용하여 광선의 방향을 시각화할 수 있다고 제안했습니다. 우리의 가설을 테스트하기 위해 우리는 우수한 광전자 특성 때문에 무기 페로브스카이트 나노결정을 선택했습니다. 또한 X선 또는 가시광선 조사 하에서 가시 스펙트럼 전반에 걸쳐 높은 채도를 갖는 매우 효율적이고 조정 가능한 방출을 보여줍니다. 또한, Sn 기반 페로브스카이트 나노결정은 근적외선 영역까지 확장되는 광학 밴드갭을 가질 수 있습니다. 3D 명시야 검출을 위한 기본 설계에는 투명 기판 위에 페로브스카이트 나노결정을 리소그래피 방식으로 패터닝하는 것이 포함됩니다(그림 1a). 그런 다음 패턴화된 박막 기판을 입사 광선의 각도를 특정 색상 출력으로 변환하는 색상 전하 결합 소자(CCD)와 통합하여 3D 라이트 필드 센서를 구성할 수 있습니다. 3D 명시야 센서의 기본 단위는 다색 방출 페로브스카이트 나노결정으로 구성된 단일 방위각 검출기입니다. 입사광이 패턴화된 나노결정에 부딪히면 기본 단위의 색상 출력을 측정하여 입사광과 기준면 사이의 방위각 α를 감지할 수 있습니다(그림 1b). 구체적으로, 서로 수직으로 배열된 두 개의 방위각 검출기는 3차원 빛의 방향 감지를 구현하고 입사광의 방위각 ψ 및 앙각 θ를 구면 좌표계에서 결정할 수 있다. 광원의 절대 위치를 결정하기 위해 3개의 방위각 감지기를 배열하여 색상 출력에 인코딩된 3개의 해당 방위각 α1, α2 및 α3 간의 상관 관계를 생성할 수 있습니다.