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高精度！高分辨率！新型微型光譜儀研制成功
2025年04月24日 11:25:06
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：6314
中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研究員陸衛(wèi)、李冠海、陳效雙團(tuán)隊(duì)，成功研制出基于非線性憶阻計(jì)算技術(shù)的新型微型光譜儀，實(shí)現(xiàn)0.18 nm級(jí)波長(zhǎng)精度與2 nm光譜分辨率，為相關(guān)行業(yè)提供新的解決方案。
近日，中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研究員陸衛(wèi)、李冠海、陳效雙團(tuán)隊(duì)，研制出基于非線性憶阻計(jì)算技術(shù)的新型微型光譜儀，通過結(jié)合光子憶阻器與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，為解決光譜儀小型化與高性能難以兼容的行業(yè)難題提供新的解決方案，并為材料科學(xué)、工業(yè)檢測(cè)和智能傳感領(lǐng)域的發(fā)展提出新方向。相關(guān)成果發(fā)表在《光：科學(xué)與應(yīng)用》（Light: Science & Applications）上。
光譜分析技術(shù)作為現(xiàn)代科學(xué)的重要表征手段，在材料科學(xué)、工業(yè)檢測(cè)和光電傳感領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。近年來，市場(chǎng)對(duì)兼具便攜性、測(cè)量精度、高光譜分辨率與寬譜段響應(yīng)特性的光譜設(shè)備的需求激增。然而，傳統(tǒng)光譜儀受制于復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)架構(gòu)，依賴空間色散元件構(gòu)建的長(zhǎng)程傳播路徑，與微型化發(fā)展趨勢(shì)形成結(jié)構(gòu)性矛盾，制約了集成化光譜設(shè)備的工程實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)前，微型化技術(shù)路線主要有兩種：一是通過光子晶體、超表面等亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)調(diào)控；二是利用微型干涉系統(tǒng)替代傳統(tǒng)色散式架構(gòu)。盡管上述技術(shù)縮小了設(shè)備體積，但微型化過程普遍伴隨著光譜分辨率降低、動(dòng)態(tài)范圍收窄和信噪比劣化等問題。
針對(duì)以上問題，研究人員巧妙運(yùn)用了非線性憶阻計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多方面的顯著提升。非線性憶阻作為一種具有特殊電學(xué)性能的器件，其獨(dú)特的記憶與存儲(chǔ)功能為光譜儀的創(chuàng)新提供了可能。
研究人員利用鈀離子遷移實(shí)現(xiàn)光子憶阻器的動(dòng)態(tài)能帶調(diào)制，突破了傳統(tǒng)光響應(yīng)矩陣的線性限制。通過構(gòu)建深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重建算法，實(shí)現(xiàn)光譜特征的高精度解析，在保持設(shè)備微型化的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)0.18 nm級(jí)波長(zhǎng)精度與2 nm光譜分辨率，為智能光電子系統(tǒng)提供了可重構(gòu)光譜感知新路徑，并有望推動(dòng)微型光譜儀從靜態(tài)濾波向動(dòng)態(tài)認(rèn)知的范式躍遷。
從應(yīng)用前景來看，基于非線性憶阻計(jì)算技術(shù)的新型微型光譜儀具有廣闊的市場(chǎng)空間。在航天航空領(lǐng)域，可以輕松搭載在衛(wèi)星、飛行器等設(shè)備上，對(duì)宇宙空間的環(huán)境進(jìn)行光譜分析，為航天科學(xué)研究提供寶貴的數(shù)據(jù)。在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種物體的快速光譜識(shí)別，推動(dòng)智能家居、智能交通等行業(yè)的發(fā)展。此外，在食品安全、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)勘探等多個(gè)領(lǐng)域，都將發(fā)揮重要的作用。
素材來源：上海技術(shù)物理研究所
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