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科学家将实验室光谱仪缩小到沙粒大小
新型芯片级光谱仪通过用计算重建取代物理光分离，挑战了长期以来对笨重光学系统的依赖。几十年来，分析材料的化学成分，无论是用于医学诊断、食品检验还是污染监测，都依赖于大型且昂贵的实验室仪器，即光谱仪。这些系统的工作原理是将光分成[...]
来源:SciTech日报新型芯片级光谱仪通过用计算重建取代物理光分离，挑战了长期以来对笨重光学系统的依赖。
几十年来，分析材料的化学成分，无论是用于医学诊断、食品检验还是污染监测，都依赖于大型且昂贵的实验室仪器，即光谱仪。这些系统的工作原理是使用棱镜或光栅将光分成其组成颜色，然后测量每个波长的强度。由于这个过程需要光传播相对较长的距离，因此仪器往往体积庞大且难以缩小。
加州大学戴维斯分校 (UC Davis) 的研究人员现在采取了不同的小型化方法。在《高级光子学》上发表的一项研究中，他们描述了一种缩小到沙粒大小的光谱仪。这款紧凑型片上光谱仪专为集成到便携式设备中而设计。该系统依赖于计算重建，而不是物理地将光分离成光谱。
该芯片仅用 16 个硅探测器取代了传统光学器件，每个探测器对入射光的响应都略有不同。这些探测器一起捕获对原始光谱进行编码的重叠信号。这个过程类似于让多个传感器对混合信号的不同元素进行采样，只有在分析后才能看到完整的图像。该分析是使用人工智能 (AI) 进行的。
扩展芯片的能力
该设计取决于两个关键的进步。首先，研究人员通过添加光子捕获表面纹理（PTST）来修改标准硅光电二极管。虽然硅非常适合检测可见光，但它在近红外 (NIR) 范围（波长高达 1100 nm（约 1.1 微米））的效果要差得多，而近红外 (NIR) 范围对于生物医学成像等应用非常重要，因为它比可见光更有效地穿透组织。