近日,，新加坡國(guó)立大學(xué)蘇州研究院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“新國(guó)大蘇研院”）首席研究員劉小鋼及團(tuán)隊(duì)成員在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）上發(fā)表研究成果,，提出了一種光場(chǎng)探測(cè)的新思路,。研究團(tuán)隊(duì)基于光刻圖案化的鈣鈦礦納米晶陣列設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了三維光場(chǎng)成像傳感器，該傳感器具有很高的角度分辨率,，可以實(shí)現(xiàn)從X射線到可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光場(chǎng)成像,。

研究背景

光場(chǎng)探測(cè)包含測(cè)量光線的強(qiáng)度及其在自由空間中的方向。然而大多數(shù)傳感器僅限于檢測(cè)光的強(qiáng)度,，物體和衍射光波的所有相位信息都會(huì)丟失,。盡管強(qiáng)度信息對(duì)于二維平面攝影和顯微成像等傳統(tǒng)應(yīng)用已經(jīng)足夠，但不能滿足三維（3D）及四維成像應(yīng)用的需求,，例如相襯成像,、光探測(cè)和測(cè)距、自動(dòng)駕駛,、虛擬現(xiàn)實(shí)和太空探索等,。當(dāng)前用于表征相位信息的光場(chǎng)探測(cè)技術(shù)通常需要復(fù)雜的微透鏡陣列，且覆蓋的波長(zhǎng)范圍僅限于紫外到可見(jiàn)光,，無(wú)法滿足X射線探測(cè)方面的應(yīng)用,。

研究結(jié)果

鑒于顏色編碼在數(shù)據(jù)可視化中的多功能性，研究團(tuán)隊(duì)提出可以采用顏色對(duì)比度編碼來(lái)可視化光線的方向信息。為了驗(yàn)證這一設(shè)想,，團(tuán)隊(duì)選擇了具有優(yōu)異光電性能的無(wú)機(jī)鈣鈦礦納米晶作為發(fā)光材料。在X射線到可見(jiàn)光照射下,，鈣鈦礦納米晶的發(fā)光在可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)具有高色彩飽和度,。3D光場(chǎng)探測(cè)的基本設(shè)計(jì)是將鈣鈦礦納米晶光刻圖案化到透明基板上，并將該薄膜基板與彩色電荷耦合器件（CCD）集成,，通過(guò)將入射光線的角度轉(zhuǎn)換為特定的顏色輸出,，從而構(gòu)建3D光場(chǎng)傳感器。此外,，該研究還展示了光場(chǎng)傳感器在不同深度,、不同光強(qiáng)下的不同物體3D成像效果。

▲基于鈣鈦礦納米晶陣列實(shí)現(xiàn)X射線到可見(jiàn)光的光場(chǎng)探測(cè)

▲基于顏色編碼的三維光場(chǎng)成像傳感器對(duì)不同場(chǎng)景進(jìn)行3D成像

應(yīng)用場(chǎng)景

該研究提出了一種基于鈣鈦礦納米晶陣列的角度到顏色轉(zhuǎn)換策略,，用于光場(chǎng)探測(cè),、絕對(duì)空間定位、3D成像以及可見(jiàn)光和X 射線相襯成像,，通過(guò)該策略可以實(shí)現(xiàn)三維相襯成像,、機(jī)器人技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）,、斷層生物成像和衛(wèi)星自主導(dǎo)航等多個(gè)前沿領(lǐng)域的應(yīng)用,。

新國(guó)大蘇研院的科研工作聚焦前沿技術(shù)，開(kāi)展原創(chuàng)性,、應(yīng)用性研究,，與產(chǎn)業(yè)發(fā)展強(qiáng)關(guān)聯(lián)，與蘇州工業(yè)園區(qū)及地方科技深融入,，已建立環(huán)境與能源納米科技,、智慧醫(yī)療技術(shù)、大健康生物與食品工程等卓越研究中心以及生物醫(yī)學(xué)工程創(chuàng)新中心,。新國(guó)大蘇研院致力于推動(dòng)科技成果轉(zhuǎn)化落地工作,，希望通過(guò)研究產(chǎn)生有影響力的高科技創(chuàng)新產(chǎn)品，賦能地方產(chǎn)業(yè)升級(jí),。目前,，研究院承擔(dān)各級(jí)科研項(xiàng)目150余項(xiàng)，在國(guó)際著名期刊發(fā)表了1100余篇有影響力的科研論文,，其中3篇發(fā)表在Nature母刊,，29篇發(fā)表在Nature子刊。