Konventionelle Designs durchbrechen mit einer neuen Beugungsberechnung

Spektrometer sind unverzichtbare wissenschaftliche Instrumente in verschiedenen Forschungsbereichen und seit jeher unverzichtbare Werkzeuge für die Grundlagenforschung. Die sperrige Größe herkömmlicher Spektrometer stellt jedoch kostengünstige und kompakte mobile Plattformen vor Herausforderungen.

In den letzten Jahren hat die Miniaturisierung von Spektrometern auf Basis spektraler Raum-Zeit-Kodierung und digitaler Berechnungstechniken große Aufmerksamkeit erregt. Dennoch unterstützen komplexe Dispergierdesigns sowie fortschrittliche Materialien und Präzisionsfertigungstechnologien in erster Linie bestehende miniaturisierte Designs. Darüber hinaus behindern komplexe Kalibrierungsprobleme im Zusammenhang mit der Spektralkodierung die weit verbreitete Einführung von Einfachheit und Miniaturisierung zusätzlich.

In einem aktuellen Fortschritt haben Professor Shiyuan Liu und seine Gruppe an der Huazhong University of Science and Technology das grundlegende optische Prinzip der „kohärenten Modenzerlegung der Breitbandbeugung“ in ihre Erforschung spektraler Messtechniken einbezogen. Ihre Arbeit führte zur Entwicklung eines außergewöhnlich schlanken, beugungsbasierten Computerspektrometers.

Die Forschungsergebnisse mit dem Titel „Ultra-simplified diffraction-based computational spectrometer“ wurden in veröffentlicht Licht: Wissenschaft und Anwendungen und erlangte Anerkennung als Deckblatt.

„Wir präsentieren ein neuartiges und einfaches Spektrometerdesign, das auf einer breitbandigen einfachen Beugungskartierung für die Spektralkodierung basiert. Unser innovativer Ansatz integriert eine beliebig geformte Lochblende als beugungsbasierten Teildisperser, der vor dem Detektor positioniert ist. Dadurch entfällt die „Notwendigkeit einer komplexen Vorbereitung.“ „-Kodierungsdesigns machen das Spektrometer extrem vereinfacht und sehr kostengünstig, wobei ein einfaches Dispersionsgerät für fast einen Dollar verkauft wird“, sagen die Wissenschaftler.

„Mit einer einzigen Aufnahme des Breitbandbeugungsbildes können wir das Spektrum des einfallenden Lichtspektrums genau bestimmen. Dieser Erfolg wird durch die kohärente Modenzerlegung des aufgenommenen Breitbandbildes ermöglicht. Insbesondere haben wir eine innovative spektralbasierte Punktverteilung eingeführt.“ Funktionsabbildungsmethode, die aus einer einzigen Aufnahme eines monochromatischen Beugungsbildes abgeleitet wird. Diese Abbildung ermöglicht die Erzeugung einer vollständigen spektralen Antwortfunktion in der spektralen Raum-Zeit-Kodierung, wodurch die Notwendigkeit eines Vorkodierungsdesigns, einer komplexen hochpräzisen Fertigung usw. entfällt Kalibrierung der vollständigen spektralen Antwortfunktion“, fügen sie hinzu.

„Unser entwickeltes Spektrometer zeigte eine Genauigkeit der rekonstruierten spektralen Peak-Lokalisierung von besser als 1 nm über eine Bandbreite von 200 nm und eine spektrale Peak-Auflösung von 3 nm bei einer kompakten Grundfläche von weniger als einem halben Zoll. der ersten Demonstration eines Spektrometerdesigns, das ein integriert ultravereinfachte und beliebig geformte Beugungsstruktur“, erklären sie.

„Unser Design ermöglicht Einzelschuss-Spektrumsmessungen über einen weiten Wellenlängenbereich, von Ultraviolett bis Infrarot, mit miniaturisierter Lab-on-Chip-Integration. Dieser Fortschritt ist für tragbare Anwendungen von entscheidender Bedeutung und bietet hohe Robustheit, niedrige Kosten und Langzeitstabilität. “