微型光谱仪以亚 5 纳米分辨率在可见光谱范围内运行
光谱仪是一种多功能仪器，可以产生光并测量电磁波谱特定部分的特性。这些仪器可以有各种可能的应用；例如，辅助诊断疾病、分析生物系统和表征材料。传统的光谱仪设计通常集成了先进的光学元件和复杂的底层机制。因此，它们通常体积庞大且价格昂贵，这大大限制了它们在医院、实验室和研究机构等专业设施之外的使用。
因此，近年来，一些电子工程师一直在尝试开发更紧凑、更实惠的光谱仪，以便更轻松地大规模部署。这些设备通常要么遵循与传统大型光谱仪相同的工作原理，要么通过使用阵列宽带光电探测器结合计算算法来开发。
香港中文大学和中国其他机构的研究人员最近设计并制造了一种新型微型、便携且经济高效的光谱仪。这种替代光谱仪发表在《自然电子学》杂志上，基于具有偏置可调光谱响应的有机光电探测器。
“微型光谱仪可用于便携式和可穿戴应用，”Xie He、Yuanzhe Li 及其同事在论文中写道。“此类设备通常基于提供不同光谱响应的光电探测器阵列或使用复杂的微型色散光学器件。然而，这些方法通常会导致大型厘米级系统。我们报告了一种微型光谱仪，它基于具有偏置可调光谱响应的光学间隔集成光电倍增型有机光电探测器。”
这些研究人员开发的新型光谱仪基于一种新引入的方法，用于操纵光电二极管中与波长相关的光载流子生成位置。该技术依赖于使用由透明背接触、光学间隔器和背反射器组成的三层接触。
研究团队将这种接触与肖特基二极管和有机三元体异质结相结合，制成光电倍增型有机光电探测器 (PM-OPD)。然后通过重建算法分析该光电探测器收集的记录。
“该方法允许通过计算重建入射光谱，这些入射光谱是根据在一组不同的偏置电压下测量的光电流得出的，”何、李及其同事写道。“该设备的占地面积为 0.0004 平方厘米，能够在整个可见波长范围内以低于 5 纳米的分辨率进行宽带操作。”
研究人员通过一系列测试评估了他们的微型光谱仪，发现它取得了显著的成果，能够以低于 5 纳米的分辨率在整个可见光谱范围内（约 400-760 纳米）运行。为了进一步展示其设计的潜力，他们利用该设计制造了一个 8 x 8 光谱传感器阵列，用于高光谱成像（即通过处理电磁频谱中的信息来检测特定物体的独特光谱特征的技术）。
将来，本文介绍的新方法可能会启发其他类似的微型和更便宜的光谱仪的开发。这些设备反过来又可以用来创造新的尖端技术，从而推动研究和医疗实践。
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