使用单像素太赫兹传感器检测材料中隐藏的缺陷

在工程和材料科学领域，检测材料中隐藏的结构或缺陷至关重要。传统的太赫兹成像系统依靠太赫兹波的独特特性来穿透可见不透明的材料，已被开发用于揭示各种感兴趣材料的内部结构。

这种功能在工业质量控制、安全筛查、生物医学和国防等众多应用中提供了前所未有的优势。然而，大多数现有的太赫兹成像系统的吞吐量有限且装置庞大，并且需要光栅扫描来获取隐藏特征的图像。

为了改变这种模式，加州大学洛杉矶分校萨穆埃利工程学院和加州纳米系统研究所的研究人员开发了一种独特的太赫兹传感器，可以使用单像素光谱太赫兹探测器快速检测目标样本体积内隐藏的缺陷或物体。

该传感器不是传统的逐点扫描和基于数字图像形成的方法，而是检查太赫兹辐射照射的测试样本的体积照射的测试样本的体积，而不形成或数字处理样本的图像。

该传感器由加州大学洛杉矶分校校长电气与计算机工程教授AydoganOzcan博士和诺斯罗普·格鲁曼大学教授MonaJarrahi博士领导，作为全光学处理器，擅长搜索和分类意外波源通过隐藏缺陷的衍射。论文发表在《自然通讯》杂志上。

“随着我们从传统方法转向更高效、人工智能驱动的全光学传感系统，我们看待和利用太赫兹成像和传感的方式发生了转变，”Ozcan博士说，他也是该中心的副主任。加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所。

这种新型传感器包含一系列衍射层，并使用深度学习算法自动优化。经过训练后，这些层将使用3D打印等增材制造方法转化为物理原型。这使得系统能够执行全光学处理，而无需繁琐的光栅扫描或数字图像捕获/处理。

“这就像传感器有自己的内置智能一样，”Ozcan博士说，这与他们之前的人工智能设计的光学神经网络相似。“我们的设计包括多个衍射层，这些衍射层根据被测材料中是否存在隐藏结构或缺陷来修改输入太赫兹光谱。可以将其视为使我们的传感器能​​够根据其“所见”进行“感知和响应”’以光速。”

为了展示他们的新颖概念，加州大学洛杉矶分校团队使用3D打印制造了衍射太赫兹传感器，并成功检测到硅样品中隐藏的缺陷。这些样品由堆叠的晶圆组成，其中一层包含缺陷，另一层隐藏缺陷。智能系统准确地揭示了各种形状和位置的未知隐藏缺陷的存在。

该团队相信他们的衍射缺陷传感器框架还可以在其他波长下工作，例如红外线和X射线。这种多功能性预示着广泛的应用，从制造质量控制到安全检查，甚至文化遗产保护。

这种非成像方法的简单性、高通量和成本效益有望在速度、效率和精度至关重要的应用中带来变革性的进步。