据悉，研究人员发明了世界上最小的硅LED和全息显微镜，开辟了广泛的潜在应用，包括将智能手机相机变成便携式高分辨率显微镜。
光子学是一门研究光子传输和特性的技术领域。光子学的发展带动了包括光数据通信、成像、生命科学和医疗保健以及照明和显示器在内的广泛领域的创新。
虽然光子芯片（包含两个或多个光子元件组成一个功能电路的微芯片）在照明领域已经取得了长足的进步，但集成一个小的、明亮的芯片上的光发射器仍然难以捉摸。通常，制造商采用片外光源，这种光源的能量效率很低，并且限制了光子芯片的可扩展性。
现在，芯片外发射器可能已经成为过去，这要归功于新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟（SMART）的研究人员，他们开发出了世界上最小的硅发光二极管（LED），其宽度不到1微米，而且具有与更大的硅LED相当的强度。
以前的片上发射器很难集成到标准的互补金属氧化物半导体（CMOS）平台中。CMOS 是一种建立在印刷电路板上的集成电路，是当今大多数芯片中使用的半导体技术。在手机中，CMOS 被用作相机的“眼睛”。
在这里，研究人员将他们的微小硅LED放置在55nm的CMOS节点上，与其他光子和电子元件一起放在一个芯片上。
为了测试他们的LED如何在现实世界中使用，他们将其放入无透镜全息显微镜中。无透镜显微镜比普通显微镜更小，也更便宜，因为它们不需要复杂、精确的透镜系统。它们使用光源照亮样品；然后，光被散射到CMOS数字图像传感器上，形成数字全息图，由计算机处理后生成图像。
上图：a） 完全制造的300mm晶片（b）芯片管芯的特写（c）LED打开的红外显微照片（d）全息显微镜（e）重建全息图像的特写（f）真实情况。
无透镜全息显微镜在重建图像时可能存在困难。通常，精确的重建需要详细了解光源的光圈和波长，以及样品到传感器的距离。为了克服这个困难，研究人员使用了一种神经网络算法来重建全息显微镜观察到的物体。神经网络是模仿人类大脑网络的计算机系统，依靠训练数据来学习，并随着时间的推移提高其准确性。
研究人员发现，他们的全息透镜提供了比普通光学显微镜更精确的高分辨率图像。他们计算出它的分辨率大约是20微米。作为参考数据，人类皮肤细胞的直径是20到40微米，一个白细胞大约是30微米。
由此，研究人员看到了下一代CMOS集成微型LED和神经网络的许多应用，包括重建人体组织样本和植物种子等微观物体。研究人员表示，只需修改手机的硅胶芯片和软件，就可以将其用于现有的智能手机摄像头，将手机变成一个高分辨率的显微镜。
该研究的通讯作者拉吉夫·拉姆（Rajeev Ram）说：“除了在无透镜全息摄影方面的巨大潜力之外，我们的新型LED还有广泛的其他可能的应用。由于其波长在生物组织的最小吸收窗口内，加上其高强度和纳米级发射区域，我们的LED可能是生物成像和生物传感应用的理想选择，包括近场显微镜和植入式CMOS器件。”
这项研究发表在《自然通讯》杂志上。
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