研究人员介绍信用卡大小的THz“反射阵列”高分辨率成像装置

在英特尔公司和麻省理工学院集成电路与系统中心的资助下，研究人员已经打造出了一种能够实现极高的电子控制精度、并聚焦一束 THz 电磁能的设备。尽管这一新型“反射阵列”只有信用卡大小，但它还是能够生成高分辨率图像。此外与其它方案相比，它还具有更小、更强、更低成本的优势。

半导体 THz 光束形成器照片，其内置近万个元件。

SCI Tech Daily 指出，这套装置开辟了高分辨率实时成像设备的新领域。它不仅光学性能更加强大，体型也仅为其它雷达系统方案的百分之一。

至于 THz 电磁波谱，其长期被置于微波与红外之间的“空窗区”，因为传统电子和光学设备都无法有效操纵它们的能量。

即便如此，研究人员还是对这部分高频无线电波的诸多独特性质产生了浓厚的兴趣 —— 比如可以穿过某些固体材料，但又不像 X 射线那样对生物健康产生不利影响。

此外 THz 频谱可用于更高速率的通信传输，或者为视觉系统提供可穿透雾气 / 尘土飞扬环境的技能加成。

由 Ruonan Han 助理教授带领的 MIT 太赫兹集成电子小组，就致力于跨越这方面的技术鸿沟，并且展示了当前最精确、密集、且电子可控的 THz 天线阵列。

得益于平铺 CMOS 芯片和 THz 电路系统设计的新进展，这种被称作“反射阵列”（reflectarray）的 THz 天线，能够在计算机引导下主导反射的方向。

其工作原理与可控的镜子类似，在信用卡大小的反射阵列装置上整合了将近 10000 根天线。通过将 THz 能量束精确聚焦到一个微小的区域上，并在不移动部件的情况下，对其展开快速的控制。

另外借助半导体芯片和创新制造技术构建的反射阵列，也具有充足的可扩展性。从生成场景的 3D 深度图像演示来看，其成像结果与激光雷达（LiDAR）类似。

不同的是，LiDAR 用的是光源，而 MIT 新型反射阵列利用的是 THz 电磁波，因而能够在雨、雪、雾等复杂环境中维持有效运行。

值得一提的是，这块小型反射阵列的生成角分辨率，也是科德角雷达的两倍。尽管后者达到在太空中都可见，但新型反射阵列却率先为商用智能机器设备引入了军用级的分辨率支持。

研究作者、最近刚在该校电气工程与计算机科学系（EECS）完成了博士学位的 Nathan Monroe 指出：

天线阵列具有非常有趣的特性，因为只需改变馈送到每个天线的时间延迟，便可改变能量的聚焦方向，而且这些完全是基于电子层面实现的。

换言之，它可被用于替代你在机场看到的那些带有马达的大型雷达天线。在做到同样事情的同时，我们还无需任何活动部件，因为我们只是改变了计算机中的一些比特。

最后，这项研究的合著者中，还包括了 EECS 研究生 Xibi Chen，英特尔公司 Georgios Dogiamis、Robert Stingel 和 Preston Myers，以及资深作者 Ruonan Han 。

此外他们正在国际固态电路会议（ISSCC 2022）上介绍这项研究成果。