光譜儀技術革新 克服分辨率和寬帶晶片的障礙

編譯/高晟鈞

近年來,由於電子、生化、醫學和光電等領域的蓬勃發展,使用光譜儀來分析各種光物理、光化學現象的需求日遽增長。光譜儀在材料分析、生物傳感器、光學成像有著不可或缺的地位。

光譜儀是物理化學分析儀器的一種,主要功能,是將成分複雜的光,分解為光譜線的科學儀器,並測得它們的吸收率與穿透率。大多樣品的吸收率與會與其濃度成正比,穿透率則與物質的反射有關。

香港中文大學的研究團隊,便開發了一款新的光譜儀,突破了分辨率—帶寬晶片光譜的限制。且具有高光譜分辨率的寬帶光譜,並且只依賴一對MRR,設備的功耗很低與主流的奈米光子製造技術兼容。示意圖:RF123

儘管如此,光譜儀仍有著許多的難題尚未解決。傳統的光譜儀容易受到機械震動的影響,因此不適合用於實驗室以外的室外地點。另外,採用全固態光子集成電路所構建的集成光譜儀具有,體積小、抗震性佳且成本低等優點,但依舊無法避免所有光譜儀在光譜分辨率與工作帶寬間權衡的問題。高光譜的分辨率會導致自由光譜範圍(FSR,兩個連續反射或透射光強度最大值或最小值之間的光頻率或波長間隔)的縮小。

光譜分辨率指成像的波段範圍,分得愈細,波段愈多,光譜分辨率就愈高。舉例來說,可以分辨紅外光到七彩波長的光譜分辨率,就比只能分辨紅與藍的傳感器要高。近期,香港中文大學的研究團隊,便開發了一款新的光譜儀,突破了分辨率—帶寬晶片光譜的限制。

這種新的光譜儀,搭載了一對相同的可調諧微環諧震器(MRR),可以將每個諧振分成對稱與反對稱模式。當同時調諧兩個MRR時,每個波長通道會產生不同的掃描軌跡,並重建任何未知的輸入光譜。

這台新的光譜儀能捕獲具有高光譜分辨率的寬帶光譜,並且只依賴一對MRR,設備的功耗很低,且與主流的奈米光子製造技術兼容。開發團隊主持人曾漢奇教授相信,這種概念有助於未來手持式甚至可穿戴式光譜儀的發展。

資料來源:Phys.org

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