极简核算光谱仪：推翻传统规划范式中心元件本钱缺乏10元

  光谱仪，作为物理、化学、生物、医学、资料、光电子等很多科学研讨中要害的科研仪器，一直以来都是重要的基础研讨东西。传统光谱仪选用精细而杂乱的色散分光器材，其巨大的体积和昂扬的制作本钱现已没办法满意现代科研和生产中对低本钱、快捷和准确光谱分析的需求。光谱仪微型化是当时学术界和产业界研讨的焦点之一。

  近年来，根据光谱时空编码和数值重构的核算光谱丈量技能引起了业界的广泛重视。但是，当时已报导的技能计划遍及依赖于光谱传感器杂乱的架构规划以及先进资料技能和精细加工制作技能。此外，杂乱而繁琐的光谱时空编码校准问题进一步阻止了现有微型光谱仪研讨的泛化使用。

  近来，华中科技大学刘世元教授团队经过将“时刻部分相干衍射光强相干形式分化”这一朴素的光学特性引进至光谱丈量研讨中，创造性提出并研发了一种部分相干衍射微型核算光谱仪，研讨成果以“Ultra-simplified diffraction-based computational spectrometer”为题宣布在Light: Science & Applications，并被选为期刊封面论文，陈创创博士生为论文榜首作者，刘世元教授和谷洪刚教授为论文通讯作者。

  该光谱仪架构非常精简，中心元件仅需一个恣意形状微孔作为衍射色散器材（图1），其制作本钱缺乏10元。在光谱丈量进程中，仅经过收集待测光谱入射微孔后的衍射信号，并对其进行相干衍射形式分化，即可准确重构收支射光谱信息。

  在重构光谱信息的进程中，中心问题是怎样来完满足光谱带宽下各光谱频段的时空编码建模。差异于现有报导技能中一般会用但杂乱繁琐的逐波长扫描光谱时空编码计划，该研讨工作立异性提出一种相干衍射信号光谱传输方程时空编码方法，只需收集一幅给定波长的单色相干衍射图画，就能完满足光谱带宽下一切波长通道的光谱时空编码。这一立异性光谱编码技能极大简化了光谱仪中的编码校准进程（图2），消除了因光谱编码校准带来的标定差错，显着提升了光谱丈量精度。

  该研讨工作选用约20 m的微孔作为衍射器材展开光谱丈量试验，试验成果验证了所述光谱仪超卓的光谱丈量功能：单发丈量光谱带宽可达28% FWHM，双峰光谱丈量分辨率优于3 nm，光谱峰峰丈量精度优于1 nm。

  图3：光谱丈量试验 a. 多个窄带宽光谱丈量；b. 3 nm光谱双峰分辨率丈量；c. 杂乱特征光谱丈量；d. 5次光谱重复丈量一致性验证。

  该研讨工作所展现的部分相干衍射微型核算光谱仪，凭仗其极简极低本钱的架构规划和超卓的光谱丈量功能，为微型光谱仪研讨与使用供给了更多立异解决计划。现在，刘世元教授团队已成功完结微型光谱仪的原型仪器开发，有望在光谱丈量范畴敏捷完结科研成果的转化使用。（来历：LightScienceApplications微信大众号）