化工儀器網(wǎng)手機版
移動端訪問更便捷
上海交通大學研究團隊開發(fā)微型混沌計算光譜儀 突破傳統(tǒng)性能限制
2025年10月06日 10:10:12
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：宋池 點擊量：9140
上海交通大學研究團隊開發(fā)出一款基于光學混沌的微型計算光譜儀。該器件通過單一變形混沌微盤，在20×22 μm²超小尺寸和16.5 mW低功耗下，實現(xiàn)了10 pm高光譜分辨率與100 nm寬帶寬，成功突破了光譜儀在帶寬、分辨率與尺寸之間的經(jīng)典難題。
近日，上海交通大學集成電路學院(信息與電子工程學院)郭旭涵教授與蘇翼凱教授課題組在微型計算光譜儀技術領域取得重要進展。研究團隊通過引入光學混沌效應，成功研制出一種基于單一混沌微盤的微型計算光譜儀。該器件在極小尺寸與低功耗條件下，實現(xiàn)了超高光譜分辨率與寬可測帶寬，為突破光譜儀性能與尺寸間的傳統(tǒng)權衡提供了新思路。相關研究成果以“Miniaturized Chaos-assisted Spectrometer”為題，發(fā)表于學術期刊《Light: Science & Applications》。
隨著便攜式應用場景的快速發(fā)展，對小型化、高性能光譜傳感技術的需求日益迫切。傳統(tǒng)臺式光譜儀因依賴體積龐大的光學元件與復雜光路，其小型化進程面臨瓶頸。近年來，微型計算光譜儀作為一種集成化解決方案受到廣泛關注。該類光譜儀通過微型編碼器件構建光譜響應矩陣，并利用算法重建入射光譜。其重建精度與穩(wěn)定性高度依賴于響應矩陣的隨機性和去相關性。為提升性能，現(xiàn)有技術通常需要級聯(lián)復雜光學結構以增強隨機性，但這往往導致器件尺寸增大，難以從根本上解決性能與尺寸之間的矛盾。
針對上述挑戰(zhàn)，研究團隊創(chuàng)新性地引入了光學混沌概念。他們將傳統(tǒng)的圓形微盤變形為帕斯卡蝸線形狀，人為地在微盤腔內激發(fā)了光學混沌效應。這種混沌效應使得光在腔內的傳輸行為對波長高度敏感，突破了圓形微盤中諧振模式需嚴格滿足相位匹配條件的限制，從而能夠支持更豐富、更多樣的諧振模式。僅利用這一個經(jīng)過形變的單一微型腔體，即可生成具備高度隨機性和去相關性的光譜響應。
在具體實現(xiàn)上，研究團隊通過射線動力學模型和龐加萊截面分析，高效地確定了最優(yōu)的微盤形變參數(shù)。通過線性掃描僅16.5 mW的外部加熱功率，成功生成了準隨機光譜響應矩陣。經(jīng)評估，該響應矩陣的列正交性和行相關性分別低至約0.210和0.08，證明了其優(yōu)異的結構隨機性。
在性能驗證實驗中，該光譜儀在雙峰光譜、三峰光譜及連續(xù)光譜的重建任務中均表現(xiàn)出色。實驗結果表明，其光譜分辨率達到10 pm，可測帶寬覆蓋100 nm，在僅為20×22 μm²的超緊湊尺寸下，實現(xiàn)了單位尺寸帶寬分辨率比的突破。
該研究首次將光學混沌系統(tǒng)成功應用于計算光譜儀，為解決微型光譜儀的性能與尺寸權衡難題提供了一條全新路徑。通過單一混沌微盤結構，在極低功耗下實現(xiàn)了高性能光譜傳感。這項技術為開發(fā)低成本、低功耗的便攜式光譜傳感設備及集成化高光譜成像系統(tǒng)開辟了新的技術方向。
相關閱讀 Related Reading
查看更多+-
遼寧材料實驗室穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜儀中標結果公告
項目名稱：遼寧材料實驗室穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜儀采購項目，項目編號：0729-254OIT670819/01，招標范圍：穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜...2025-10-29 15:44:09 -
項目名稱：高精度便攜式近紅外激光成像設備項目，項目編號：1069-254Z20253904，招標范圍：高精度便攜式近紅外激光成像設...2025-10-29 15:41:28
-
近日，西烏旗疾病預防控制中心就“西烏旗疾病預防控制中心職業(yè)病體檢及實驗室儀器設備采購項目”發(fā)布公開招標公告，預算金額為200萬元。2025-10-29 10:36:30
-
許昌市職業(yè)病防治所委托許昌市政府采購服務中心組織公開招標，采購原子熒光光譜儀、氣相色譜-串聯(lián)質譜聯(lián)用儀等實驗室設備，預算190萬元...2025-10-28 09:15:20
-
近日，內蒙古科技大學包頭師范學院委托內蒙古招標有限責任公司就“教學、科研設備更新置換項目(化學學院教科研儀器設備項目采購)”項目進...2025-10-27 11:01:26
-
近日，內蒙古大學就“草原家畜種質創(chuàng)新與繁育基地-08微量分光光度計等儀器設備采購”發(fā)布公開招標公告，預算金額為497.46萬元。2025-10-27 10:22:54
版權與免責聲明
- ①凡本網(wǎng)注明“來源：化工儀器網(wǎng)”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權或有權使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權不得轉載、摘編或利用其他方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權使用作品的，應在授權范圍內使用，并注明“來源：化工儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關法律責任。
- ②本網(wǎng)轉載并注明自其他來源（非化工儀器網(wǎng)）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點和對其真實性負責，不承擔此類作品侵權行為的直接責任及連帶責任。其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)轉載時，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源，并自負版權等法律責任。
- ③如涉及作品內容、版權等問題，請在作品發(fā)表之日起一周內與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關權利。
