إعلان PRIN 2022D. D. N. 104 بتاريخ 2 فبراير 2022
عنوان المشروع: التصوير التداخلي من دون ملصقات في الدوائر الفوتونية، باستخدام كواشف أقل، في نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة - MIRABILIS
CODICE CUP: D53D23002780006
الميزانية: € 74.871
الباحث الرئيسي أو مسؤول وحدة البحث: Massimo Brambilla (الباحث الرئيسي)
وحدات البحث الأخرى أو الوحدات الفرعية المحتملة: PoliTo، UniBa
وصف موجز للمشروع
يهدف مشروع MIRABILIS إلى الجمع بين ثلاث سمات أساسية في التصوير البصري ضمن النوافذ الطيفية للإشعاع ذات الصلة البيولوجية (الأشعة تحت الحمراء المتوسطة): أ) تنفيذ التصوير ببكسل واحد (SPI) لهدف ما، باستخدام إضاءة يوفرها نمط مجال التبقّع، يُولَّد إما في الفضاء الحر أو في منصة فوتونية؛ ب) استخدام قياس التداخل بالتغذية الراجعة البصرية (OFI) في ليزر ثنائي أو ليزر شلال كمي (QCL) لاستخلاص خصائص الهدف وفق مخطط SPI الموضح أعلاه، من دون استخدام كاشف خارجي؛ ج) توصيف سمات الهدف وتصنيفها باستخدام خوارزميات تعلّم الآلة.
الغرض
صُمّم مشروع MIRABILIS لتحقيق تصوير لأنسجة شبحية في نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة، اعتمادًا على قياس التداخل بالتغذية الراجعة البصرية (OFI) في ليزر شلال كمي (QCL) والتصوير ببكسل واحد (SPI)، باستخدام إضاءة يوفرها نمط مجال التبقّع. وكان من المقرر التحقق من صحة ذلك في الفضاء الحر وفي منصة فوتونية (مصفوفة الطور البصري، OPA).
النتائج المتوقعة
النتائج الرئيسية الثلاث المتوقعة والعناصر الابتكارية للمشروع هي: أ) استخدام دائرة ضوئية متكاملة (PIC)، مثل مصفوفة الطور البصري (OPA)، لتوفير أنماط إضاءة متعددة ومتحكَّم بها لهدف ما، بما يشمل مرحلة قابلة للبرمجة للامتثال للبند التالي؛ ب) جمع أنماط الضوء المنعكس عن الهدف واختزالها إلى إشارة أحادية البعد لمعالجتها باستخدام تقنيات التصوير بالبكسل الواحد (SPI)، مع مساهمة إضافية تتمثل في خوارزميات قائمة على تعلّم الآلة (ML)؛ ج) تمييز إشارة التصوير بالبكسل الواحد هذه ومعالجتها بواسطة الليزر الرئيسي نفسه في
مخطط قياس التداخل بالخلط الذاتي، الذي يتيح إعادة بناء معلومات الهدف من قياسات الجهد عند نقاط التلامس بالليزر
النتائج المحققة
قيّم مشروع MIRABILIS إمكانية الاستفادة من أساليب التصوير بالاستشعار المضغوط (CS) / التصوير ببكسل واحد (SPI)، إما باستخدام كاشف خارجي أو، وهو الأهم، ضمن تهيئة تعتمد مخطط OFI، حيث يوفر الليزر إضاءة الهدف ويرصد أيضًا التغذية الراجعة من خلال قياس تغيرات الجهد عند نقاط التلامس بالليزر. وتم السعي إلى تمييز الصور وتصنيفها باستخدام أحدث تقنيات تعلّم الآلة. وبالتوازي، أُنجزت إعادة بناء الصور
استنادًا إلى الإضاءة بالتبقّع وجمع الإشارة ببكسل واحد. واستُكملت جميع الأهداف المذكورة أعلاه بنمذجة ومحاكاة مبتكرتين للتنبؤ بها ودعمها وتوجيهها.
تمثل الإنجاز الثاني للمشروع في تصميم مصفوفة الطور البصري (OPA) والتحقق من صحتها في نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة، ما يمهّد الطريق للتصوير باستخدام أجهزة فوتونية قائمة على منصات السيليكون. وفي المنطقة الطيفية للأشعة تحت الحمراء المتوسطة، تطلّب تصميم مجموعة موثوقة من أدوات تصميم العمليات (PDKs) تصميمًا ومحاكاةً جديدين لجميع العناصر اللازمة باستخدام أدوات تجارية وأخرى مطوّرة ذاتيًا.
في النطاق الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة، أُنجز نموذج أولي لمصفوفة طور بصري (OPA) قصيرة المدى تعمل عند 1500 nm، بالتعاون مع ST-Microelectronics، وأتاح أول إثبات للمبدأ الخاص بـ
التصوير بقياس التداخل بالتغذية الراجعة البصرية (OFI) مع مرور مزدوج عبر دارة متكاملة فوتونية معقدة (PIC).
