光谱仪在科学和工业应用中被广泛使用，包括光谱检测、化学传感和高光谱成像等。传统解决方案通常需要使用机械可动部件，如光栅或迈克尔逊干涉仪，因此体积较大，不适合现场部署。近年来，研究人员致力于光谱仪的小型化，例如通过色散光学元件、窄带滤光片或傅里叶变换干涉仪等方法。然而，这些方法在提高光谱分辨率的同时，往往会降低信号强度，从而降低测量灵敏度。单像素光电探测器光谱仪作为一种替代方案，通过电控可重构响应函数，无需分割光路，从而提供更高的灵敏度和相当的光谱分辨率。研究内容包括介绍了一种基于AlGaAs/GaAs p-渐变-n结的单像素光电探测器光谱仪，其光谱范围从480 nm到820 nm，具有电压可调的光响应。为了重建光谱，研究人员提出了一种名为神经光谱场（Neural Spectral Fields, NSF）的方法，该方法利用独特的波长和偏压依赖的响应矩阵。该光谱仪实现了高达0.30 nm的光谱波长精度和高达10 nm的光谱分辨率。此外，研究人员还展示了该设备在光谱成像方面的高性能。创新点一是p-渐变-n结光谱仪：提出了一种基于AlGaAs/GaAs材料的p-渐变-n结光电探测器，通过改变耗尽层厚度实现电压可调响应。二是神经光谱场（NSF）方法：开发了一种新的光谱重建方法，利用神经网络直接从测量的电流-电压曲线中提取深度特征，并通过神经场技术进行连续光谱重建。三是高性能光谱成像：展示了该光谱仪在光谱成像方面的应用潜力，通过扫描单像素探测器实现了高质量的光谱成像。文章结论为研究人员成功设计并实现了一种基于p-渐变-n结的单像素光谱仪，具有高光谱波长精度和分辨率。该光谱仪利用电压可调响应和神经光谱场方法，实现了从单像素光电探测器的电流-电压特性中重建光谱。此外，该光谱仪在光谱成像方面表现出色，能够生成高质量的光谱图像。该研究为光谱仪的小型化和高性能化提供了新的可能性，特别是在需要高灵敏度和高分辨率的应用场景中。启发在于该研究展示了单像素光谱仪在小型化和高性能方面的巨大潜力，为开发更小、更高效的光谱仪提供了新的思路。
文献来源：Nature Communications, 2024, 15:1773
作者：Jingyi Wang, Beibei Pan, Zi Wang, Jiakai Zhang, Zhiqi Zhou, Lu Yao, Yanan Wu, Wuwei Ren, Jianyu Wang, Haiming Ji, Jingyi Yu, Baile Chen
报告人：高恩博
