_ Revoluționând spectrometria cu ultra-simplitate: perturbare proiecte convenționale prin calculul de difracție nou

Spectrometrele sunt instrumente științifice esențiale în diverse domenii de cercetare și au servit în mod constant ca instrumente indispensabile pentru cercetarea fundamentală. Cu toate acestea, dimensiunea greoaie a spectrometrelor convenționale ridică provocări pentru platformele mobile rentabile și compacte.

În ultimii ani, spectrometrele miniaturizate bazate pe codificarea spectrală spațio-temporală și tehnicile de calcul numeric au câștigat o atenție larg răspândită. Cu toate acestea, modelele complexe de dispersoare, împreună cu materialele avansate și tehnologiile de producție de precizie, stau la baza modelelor miniaturizate existente. Mai mult, problemele complexe de calibrare legate de codificarea spectrală împiedică și mai mult generalizarea simplității și miniaturizării.

Într-o descoperire recentă, prof. Shiyuan Liu și grupul său de la Universitatea de Știință și Tehnologie Huazhong au încorporat principiul optic fundamental de „descompunere în mod coerent a difracției în bandă largă” în explorarea lor a tehnicilor de măsurare spectrală. Munca lor a condus la dezvoltarea unui spectrometru de calcul excepțional de simplificat, bazat pe difracție.

Descoperirile cercetării, intitulate „Spetrometru computațional bazat pe difracție ultrasimplificată”, au fost publicate în Light: Science & Applications și a câștigat recunoașterea ca hârtie de copertă.

„Prezentăm un design nou și simplu de spectrometru bazat pe cartografierea difracției de la unul la bandă largă pentru codificarea spectrală. Abordarea noastră inovatoare încorporează un orificiu de formă arbitrară ca un dispozitiv bazat pe difracție. dispersator parțial, poziționat în fața detectorului. Acest lucru elimină nevoia de modele complexe de pre-codificare, făcând spectrometrul ultra-simplificat și extrem de rentabil, cu un dispozitiv de dispersie de bază la prețul de aproape un dolar", spun oamenii de știință.

„Cu o singură captură a imaginii de difracție în bandă largă, putem determina cu precizie spectrul spectrului luminii incidente. Această realizare este posibilă prin descompunerea în mod coerent a imaginii în bandă largă capturată. În special, am introdus o metodă inovatoare de cartografiere bazată pe funcția de răspândire a punctului bazată pe spectru derivată dintr-o singură captură a unei imagini de difracție monocromatică. Această mapare permite generarea unei funcții complete de răspuns spectral în codificarea spațio-temporală spectrală, eliminând nevoia de proiectare pre-codificare, fabricare complicată de înaltă precizie sau calibrare a funcției de răspuns spectral complet”, adaugă ei.

„Spectrometrul nostru dezvoltat a demonstrat o precizie reconstruită a locației vârfului spectral mai bună de 1 nm pe o lățime de bandă de 200 nm și o rezoluție a vârfului spectral de 3 nm, într-o amprentă compactă sub jumătate de inch. Aceasta reprezintă prima demonstrație a unui design de spectrometru care integrează o structură de difracție ultra-simplificată și cu formă arbitrară”, explică aceștia.

„Designul nostru permite măsurători ale spectrului cu o singură lovitură pe o gamă largă de lungimi de undă, de la ultraviolete la infraroșu, cu integrare miniaturizată lab-on-cip. Acest progres este crucial pentru aplicațiile portabile, oferind robustețe ridicată, costuri reduse și stabilitate pe termen lung.”

(Fluierul)