近日,，新加坡國立大學(xué)蘇州研究院（以下簡稱“新國大蘇研院”）首席研究員劉小鋼及團(tuán)隊成員在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）上發(fā)表研究成果，提出了一種光場探測的新思路。研究團(tuán)隊基于光刻圖案化的鈣鈦礦納米晶陣列設(shè)計開發(fā)了三維光場成像傳感器,，該傳感器具有很高的角度分辨率,，可以實現(xiàn)從X射線到可見光波長范圍內(nèi)的光場成像,。

研究背景

光場探測包含測量光線的強度及其在自由空間中的方向,。然而大多數(shù)傳感器僅限于檢測光的強度，物體和衍射光波的所有相位信息都會丟失。盡管強度信息對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、光探測和測距,、自動駕駛,、虛擬現(xiàn)實和太空探索等。當(dāng)前用于表征相位信息的光場探測技術(shù)通常需要復(fù)雜的微透鏡陣列,，且覆蓋的波長范圍僅限于紫外到可見光,，無法滿足X射線探測方面的應(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)隊提出可以采用顏色對比度編碼來可視化光線的方向信息,。為了驗證這一設(shè)想，團(tuán)隊選擇了具有優(yōu)異光電性能的無機鈣鈦礦納米晶作為發(fā)光材料,。在X射線到可見光照射下，鈣鈦礦納米晶的發(fā)光在可見光譜范圍內(nèi)具有高色彩飽和度,。3D光場探測的基本設(shè)計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光場傳感器,。此外，該研究還展示了光場傳感器在不同深度,、不同光強下的不同物體3D成像效果,。

▲基于鈣鈦礦納米晶陣列實現(xiàn)X射線到可見光的光場探測

▲基于顏色編碼的三維光場成像傳感器對不同場景進(jìn)行3D成像

應(yīng)用場景

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，用于光場探測,、絕對空間定位,、3D成像以及可見光和X 射線相襯成像，通過該策略可以實現(xiàn)三維相襯成像,、機器人技術(shù),、虛擬現(xiàn)實（VR）、斷層生物成像和衛(wèi)星自主導(dǎo)航等多個前沿領(lǐng)域的應(yīng)用,。

新國大蘇研院的科研工作聚焦前沿技術(shù),，開展原創(chuàng)性、應(yīng)用性研究,，與產(chǎn)業(yè)發(fā)展強關(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。新國大蘇研院致力于推動科技成果轉(zhuǎn)化落地工作，希望通過研究產(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,。目前，研究院承擔(dān)各級科研項目150余項,，在國際著名期刊發(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,。