Спектрометры широко используются в промышленности и исследованиях для обнаружения и анализа света. Спектрометры измеряют спектр света — его интенсивность на разных длинах волн, как цвета радуги — и являются важным инструментом для идентификации и анализа образцов и материалов. Интегрированные на кристалле спектрометры будут очень полезны для различных технологий, включая платформы контроля качества, датчики безопасности, биомедицинские анализаторы, системы здравоохранения, инструменты мониторинга окружающей среды и космические телескопы.

Международная исследовательская группа под руководством исследователей из Университета Аалто разработала высокочувствительные спектрометры с высокой точностью длины волны, высоким спектральным разрешением и широкой рабочей полосой пропускания, используя только один детектор размером с микрочип. Исследование этого нового сверхминиатюрного спектрометра было опубликовано сегодня в журнале Science.

«Наш спектрометр с одним детектором представляет собой устройство «все в одном». Мы разработали эту оптоэлектронную лабораторию на кристалле с искусственным интеллектом, заменяющим обычное оборудование, такое как оптические и механические компоненты. Поэтому наш вычислительный спектрометр не требует отдельного громоздкие компоненты или массивные конструкции для рассеивания и фильтрации света. Он может достигать высокого разрешения, сравнимого с настольными системами, но в гораздо меньшем корпусе», — говорит постдокторский исследователь Хун Хан Юн.

«С нашим спектрометром мы можем измерять интенсивность света на каждой длине волны за пределами видимого спектра, используя устройство, которое находится у нас под рукой. Устройство полностью электрически управляемо, поэтому оно обладает огромным потенциалом масштабируемости и интеграции. Его интеграция непосредственно в портативные устройства, такие как смартфоны а дроны могут улучшить нашу повседневную жизнь. Представьте, что следующее поколение камер наших смартфонов может быть оснащено гиперспектральными камерами, которые превосходят цветные камеры», — добавляет он.

Уменьшение размеров вычислительных спектрометров необходимо для их использования в чипах и имплантируемых приложениях. Профессор Чжипей Сунь, глава исследовательской группы, говорит: «Обычные спектрометры громоздки, потому что им нужны оптические и механические компоненты, поэтому их встроенные приложения ограничены. В этой области появляется растущий спрос на повышение производительности и удобства использования спектрометров. С этой точки зрения, миниатюрные спектрометры очень важны для обеспечения высокой производительности и новых функций во всех областях науки и промышленности».

Профессор Пертти Хаконен добавляет, что «Финляндия и Аалто инвестировали в исследования в области фотоники в последние годы. Например, большая поддержка была оказана Центром передового опыта в области квантовых технологий Академии Финляндии, Флагманом исследований и инноваций в области фотоники, InstituteQ и Otanano. Инфраструктура. Наш новый спектрометр является наглядной демонстрацией успеха этих совместных усилий. Я считаю, что при дальнейшем улучшении разрешения и эффективности эти спектрометры могут предоставить новые инструменты для квантовой обработки информации».