Микроскопический оптический спектрометр работает в видимом спектре с разрешением менее 5 нм.
Оптические спектрометры — это универсальные приборы, которые могут производить свет и измерять его свойства в определенных частях электромагнитного спектра. Эти приборы могут иметь различные возможные применения; например, помощь в диагностике заболеваний, анализе биологических систем и характеристике материалов.
Обычные конструкции спектрометров часто включают в себя передовые оптические компоненты и сложные базовые механизмы. В результате они часто громоздки и дороги, что существенно ограничивает их использование за пределами специализированных учреждений, таких как больницы, лаборатории и научно-исследовательские институты,
В последние годы некоторые инженеры-электронщики пытались разработать более компактные и доступные оптические спектрометры, которые было бы проще развернуть в больших масштабах. Эти устройства обычно разрабатываются либо по тому же принципу, который лежит в основе функционирования обычных больших спектрометров, либо с помощью использования массивных широкополосных фотодетекторов в сочетании с вычислительными алгоритмами.
Исследователи из Китайского университета Гонконга и других институтов Китая недавно разработали и изготовили новый микроразмерный, портативный и экономически эффективный оптический спектрометр. Этот альтернативный спектрометр, представленный в статье, опубликованной в Nature Electronics , основан на органическом фотодетекторе с настраиваемым спектральным откликом.
«Миниатюрные оптические спектрометры могут быть полезны в портативных и носимых приложениях», — написали в своей статье Се Хэ, Юаньчжэ Ли и их коллеги. «Такие устройства обычно основывались на массивах фотодетекторов, которые обеспечивают различные спектральные отклики или используют сложную миниатюрную дисперсионную оптику. Однако эти подходы часто приводят к большим системам размером в сантиметр. Мы сообщаем о микроразмерном оптическом спектрометре, который основан на органическом фотодетекторе типа фотоумножения, интегрированном с оптической прокладкой, со спектральным откликом, настраиваемым смещением».
Новый оптический спектрометр, разработанный этими исследователями, основан на недавно введенном методе манипулирования зависимым от длины волны расположением генерации фотоносителей в фотодиодах. Этот метод основан на использовании трехслойного контакта, состоящего из прозрачного заднего контакта, оптической прокладки и заднего отражателя.
Команда объединила этот контакт с диодом Шоттки и органическим тройным объемным гетеропереходом, чтобы создать органический фотодетектор фотоумножительного типа (PM-OPD). Записи, собранные этим фотодетектором , затем анализировались с помощью алгоритма реконструкции.
«Этот подход позволяет проводить вычислительную реконструкцию спектра падающего света из фототоков, измеренных при наборе различных напряжений смещения», — пишут Хе, Ли и их коллеги. «Устройство, занимающее площадь 0,0004 см 2 , способно работать в широкополосном режиме по всей видимой длине волны с разрешением менее 5 нм».
Исследователи оценили свой миниатюрный оптический спектрометр в серии тестов и обнаружили, что он достиг замечательных результатов, работая во всем видимом спектральном режиме (~400–760 нм) с разрешением менее 5 нм. Чтобы еще больше продемонстрировать потенциал своей конструкции, они использовали ее для изготовления спектроскопической сенсорной матрицы 8 x 8 для гиперспектральной визуализации (т. е. метода, который может обнаруживать уникальные спектральные сигнатуры конкретных объектов путем обработки информации по всему электромагнитному спектру).
В будущем новый подход, представленный в этой статье, может вдохновить на разработку других подобных микроразмерных и более доступных оптических спектрометров. Эти устройства, в свою очередь, могут быть использованы для создания новых передовых технологий, которые могли бы продвинуть вперед исследования и медицинскую практику.
