三维成像技术新突破！新国大苏研院刘小钢团队在《自然》发表科研成果

近日，新加坡国立大学苏州研究院（以下简称“新国大苏研院”）首席研究员刘小钢及团队成员在国际顶尖学术期刊《自然》（Nature）上发表研究成果，提出了一种光场探测的新思路。研究团队基于光刻图案化的钙钛矿纳米晶阵列设计开发了三维光场成像传感器，该传感器具有很高的角度分辨率，可以实现从X射线到可见光波长范围内的光场成像。

研究背景

光场探测包含测量光线的强度及其在自由空间中的方向。然而大多数传感器仅限于检测光的强度，物体和衍射光波的所有相位信息都会丢失。尽管强度信息对于二维平面摄影和显微成像等传统应用已经足够，但不能满足三维（3D）及四维成像应用的需求，例如相衬成像、光探测和测距、自动驾驶、虚拟现实和太空探索等。当前用于表征相位信息的光场探测技术通常需要复杂的微透镜阵列，且覆盖的波长范围仅限于紫外到可见光，无法满足X射线探测方面的应用。

研究结果

鉴于颜色编码在数据可视化中的多功能性，研究团队提出可以采用颜色对比度编码来可视化光线的方向信息。为了验证这一设想，团队选择了具有优异光电性能的无机钙钛矿纳米晶作为发光材料。在X射线到可见光照射下，钙钛矿纳米晶的发光在可见光谱范围内具有高色彩饱和度。3D光场探测的基本设计是将钙钛矿纳米晶光刻图案化到透明基板上，并将该薄膜基板与彩色电荷耦合器件（CCD）集成，通过将入射光线的角度转换为特定的颜色输出，从而构建3D光场传感器。此外，该研究还展示了光场传感器在不同深度、不同光强下的不同物体3D成像效果。

▲基于钙钛矿纳米晶阵列实现X射线到可见光的光场探测

▲基于颜色编码的三维光场成像传感器对不同场景进行3D成像

应用场景

该研究提出了一种基于钙钛矿纳米晶阵列的角度到颜色转换策略，用于光场探测、绝对空间定位、3D成像以及可见光和X 射线相衬成像，通过该策略可以实现三维相衬成像、机器人技术、虚拟现实（VR）、断层生物成像和卫星自主导航等多个前沿领域的应用。

新国大苏研院的科研工作聚焦前沿技术，开展原创性、应用性研究，与产业发展强关联，与苏州工业园区及地方科技深融入，已建立环境与能源纳米科技、智慧医疗技术、大健康生物与食品工程等卓越研究中心以及生物医学工程创新中心。新国大苏研院致力于推动科技成果转化落地工作，希望通过研究产生有影响力的高科技创新产品，赋能地方产业升级。目前，研究院承担各级科研项目150余项，在国际著名期刊发表了1100余篇有影响力的科研论文，其中3篇发表在Nature母刊，29篇发表在Nature子刊。