红外微型光谱仪在成本、集成度和系统复杂度方面具有优势，但传统基于单可重构光电探测器的微型光谱仪通常面临波长调谐范围有限或光谱采样相关性高的问题。针对这一痛点，本文提出了一种基于液晶/金堆叠结构中可调谐导模共振与表面等离子体共振的微型光谱仪。
本文研究内容是提出了一种基于液晶/金堆叠结构中可调谐导模共振与表面等离子体共振的新概念，旨在突破波长调谐范围限制并同时实现低光谱相关性，研究并实现了一种使用单像素PbS光电探测器的芯片级红外光谱仪。创新点一是提出并验证了基于液晶/金堆叠中可调谐导模共振与表面等离子体共振相结合的超宽带可重构光电探测方案，实现了超过850 nm（1150–2000 nm）的极大波长调谐范围和高保真度（均方误差约0.001）的光谱测量。创新点二是将该宽带可重构光电探测技术应用于塑料分选，并展示了通过定制波长/偏压扫描策略实现后调谐工作模式的高灵活性；结合宽带优势和不同偏压下的独特光谱响应，显著提高了分选准确率，最终在44个采样电压下实现了100%的塑料分选准确率。文章结论为本文基于单可重构光电探测器实现了工作在扫描模式下的近红外微型光谱仪，波长调谐范围超过850 nm，为目前报道的最高值；考虑液晶实际各向异性折射率分布和界面锚定效应的有限元仿真揭示了宽带光调制的基本原理，与实验结果吻合良好；通过扫描液晶偏压采样光谱信息，在1550 nm峰值波长处的重建偏差达到1 nm；得益于宽带可重构光电探测器光谱技术，塑料分选准确率显著提高；器件仅需常规光刻和薄膜沉积工艺，并可进一步缩小至毫米级尺度。启发在于该工作表明，利用液晶/金堆叠中可调谐导模共振与表面等离子体共振的协同作用，可以在不依赖精密纳米光刻的条件下实现超宽带、低相关性的光谱采样；单像素可重构探测器在成本、信噪比和后调谐灵活性方面具有优势，适用于对测量速度要求不高但对集成度和成本敏感的场景；对我工作最有用的一点是粗扫描与细扫描相结合的方法，其可在实际应用中节省测量时间并同时获得感兴趣波段的精确光谱信息，为微型光谱仪的设计和应用提供了新思路。
文献来源：Advanced science, Volume12, Issue, 2025
作者：Wenyue Liang, Xianghong Nan, Wenfeng Cai, Ning Tan, Qilin Zheng, Yuyao Lu, Yongyue Huang, Jiahao Yan, Dangyuan Lei, Long Wen, Yanjun Liu, Qin Chen
报告人: 马锦航
