Litavis: Przyszłość optyki z inteligentnym sensorem rejestrującym pojedyncze fotony!

Szkocka firma Singular Photonics przedstawiła Litavis — sensor CMOS na bazie jednogojęćowych fotodiod lawinowych (SPAD), który stara się udowodnić, że przyszłość optyki leży nie w liczbie megapikseli, ale w inteligencji wbudowanej bezpośrednio w krzem. Jest to pierwsze urządzenie tego typu, gdzie przetwarzanie danych odbywa się bezpośrednio wewnątrz każdego piksela.

Zazwyczaj kamery działają jak kurierzy: zbierają „surowy” strumień fotonów i wysyłają ogromne ilości informacji do zewnętrznego procesora. Ten już decyduje, co z tym zrobić. Litavis działa inaczej. Łączy na jednym chipie pozyskiwanie obrazów, pomiar czasu przybycia fotonów, budowanie histogramów i analizę statystyczną zdarzeń. Pozwala to radykalnie zmniejszyć objętość danych przesyłanych dalej, a więc obniżyć opóźnienia i zużycie energii przez system.

Magia pojedynczego fotonu

Technologia SPAD pozwala rejestrować nawet pojedyncze fotony. Jest to krytycznie ważne tam, gdzie światła jest niemal brak, lub gdzie potrzeba znać dokładny moment przybycia promienia z dokładnością do pikosekund. Litavis nie tylko liczy „świetliki” spadające na matrycę, ale również rejestruje czas ich pojawienia się, analizując rozkład zdarzeń w czasie rzeczywistym.

W trybie ciągłego liczenia fotonów sensor generuje obraz o rozdzielczości 256×256 pikseli. Równolegle może pracować z oznaczeniami czasowymi na siatce 64×64 makropikseli. Architektura chipu jest programowo konfigurowalna: ten sam kryształ można przełączać między różnymi trybami, takimi jak skorelowane czasowo liczenie pojedynczych fotonów (TCSPC) lub rejestracja koincydencyjnych zdarzeń.

Spektroskopia zamiast selfie

Jeśli mieliście nadzieję zobaczyć taki sensor w swoim następnym smartfonie, będziecie musieli poczekać. Litavis jest skierowany na sektor naukowy i przemysłowy. Singular Photonics widzi swój wynalazek w systemach widzenia maszynowego, robotyce, spektroskopii medycznej i sensorach kwantowych. Podobne technologie są kluczowe dla rozwoju fluorescencyjnej mikroskopii, gdzie ważne jest widzenie dynamiki procesów na poziomie molekularnym bez zbędnego cyfrowego szumu.

Pomimo wąskiej specjalizacji, rozwijanie już wywołało poruszenie: firma raportuje dużą liczbę zamówień przedpremierowych od instytutów naukowych i graczy komercyjnych. Wygląda na to, że branża faktycznie ma dość sensorów, które jedynie przegrzewają procesory strumieniami surowych danych.

Podczas gdy Szkoci doskonalą obserwacje fotonów, inne firmy szukają nowych sposobów fizycznego przemieszczania obiektów w przestrzeni. Na przykład, cynk zamiast ksenonu teraz stosowany jest w silnikach Halla dla satelitów.