光譜測量是科學和工業(yè)研究中非常強大且廣泛使用的表征工具之一。傳統(tǒng)的
光譜儀通常需要使用機械可移動的部件真諦所在，如光柵或邁克爾遜干涉實現分光對外開放，盡管能夠實現超高的光譜分辨率和極寬的光譜范圍，但是其笨重的尺寸和重量阻礙了將它們集成到實驗室光學系統(tǒng)深入交流研討、汽車
電子系統(tǒng)資料、工業(yè)檢測設備，甚至是智能手機的可能關註度。
微型光譜儀是光譜測量系統(tǒng)中的核心部件橫向協同，由于體積小、便于靈活地搭建光譜系統(tǒng)敢於挑戰，在科研領域應用越來越廣不斷創新。微型光譜儀有著具體模塊化和高速采集的特點，在系統(tǒng)集成和現場檢測的場合得到了廣泛的應用提供了遵循。并且結合光源參與水平、光纖、測量附件服務效率，可以搭配成各種光學測量系統(tǒng)明確相關要求。
近日，Nature 子刊《Nature Communications》(IF=16.6)以“Single-pixel p-graded-n junction spectrometers”為題發(fā)表了上航y籌發展？萍即髮W信息科學與技術學院陳佰樂深化涉外、虞晶怡團隊最新研究成果：提出了一種基于AlGaAs/GaAs漸變帶隙pn結探測器(p-graded-n junction photodetector，簡稱pGn PD)的單像素智能微型光譜儀生產製造，并為光譜儀定制化設計了神經光譜場(Neural Spectral Fields, NSF)光譜重建方法開展試點，實現了高光學靈敏度、高光譜準確度和高光譜分辨率的單像素智能微型光譜儀共同。
III-V族半導體材料在過去的幾十年的發(fā)展中已經成熟推進一步，并且在高性能光電探測器中得到了大量的應用。然而常規(guī)的光電探測器通常只能檢測入射光強度強大的功能，而無法判斷入射光的光譜信息實際需求。為得到光譜信息，需外置光柵或者多個光學濾波片結合單像素探測器進行多次測量優勢。
上荷浦\新篇？萍即髮W研究團隊首次提出并制備了一種基于材料的p-graded-n單像素光電探測器完成了對入射光的光譜檢測，實現了光譜儀的功能便利性。該pGn結型光譜儀通過改變pn結的工作偏壓實現了探測器響應截止波長動態(tài)可調方法。此微型光譜儀通過了標準的III-V族半導體工藝制造，具有極小的面積提供有力支撐，達到微米級別發揮作用，因此具備大規(guī)模生產和集成的巨大潛力良好，并且與焦平面陣列(FPA)制備工藝兼容，未來可進一步實現高光譜成像銘記囑托。
在測量未知光譜時引領，隨著偏壓的增加，漸變帶隙PN結產生新的耗盡區(qū)示範，光譜儀表現出更長的截止波長應用前景。因此，漸變帶隙PN結光譜儀具有獨特的'電壓積累'響應矩陣：更高的電壓具有更寬的光譜響應曲線運行好。然而首次，這些曲線的重疊使得光譜重建問題變得復雜〔渴鸢才?；贚1或L2正則化的傳統(tǒng)方法需要精細的參數調整才能實現高分辨率的重建搖籃。
研究團隊提出一種全新的全自動化人工智能光譜重建方法，從測量的電流電壓曲線中提取深度特征推廣開來，然后通過神經場(Neural Fields, NFs)重建連續(xù)光譜推動。通過進一步的細化過程，重建的光譜函數能夠符合基于物理的光譜響應積分約束重要的，以實現更高的光譜精度開展研究。該方法只需在仿真數據集上進行訓練，避免了傳統(tǒng)深度學習方法需要大量訓練用實測數據的問題相互融合。通過提出的神經光譜場重建方法，漸變帶隙PN結光譜儀實現高達0.30nm的光譜重建精度和高達10nm的光譜分辨率綠色化，并且光譜范圍廣泛不同需求，涵蓋從480nm到820nm的范圍。
這一研究成果為光譜儀的小型化保持穩定、智能化提供了新的思路和方法總之，有望推動光譜技術在更多領域的應用和發(fā)展。同時支撐作用，該光譜儀的制造工藝與焦平面陣列(FPA)制備工藝兼容研學體驗，為未來的高光譜成像技術奠定了基礎。該智能微型光譜儀有望在環(huán)境監(jiān)測最為突出、食品安全落實落細、生物醫(yī)學等領域發(fā)揮重要作用，為科學研究和工業(yè)應用提供更多可能性提升。
(資料來源：上焊咂焚|？萍即髮W)
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