Международная исследовательская группа, возглавляемая исследователями из Университета Аалто, разработала высокочувствительные спектрометры с высокой точностью определения длины волны, высоким спектральным разрешением и широкой рабочей полосой пропускания, используя только один детектор размером с микрочип. Исследование, лежащее в основе этого нового ультраминиатюрного спектрометра, было опубликовано сегодня в журнале Наука.

"Наш спектрометр с одним детектором - это устройство "все в одном". Мы разработали эту оптоэлектронную лабораторию на чипе с искусственным интеллектом, заменяющим обычное оборудование, такое как оптические и механические компоненты. Таким образом, наш вычислительный спектрометр не требует отдельных громоздких компонентов или конструкций матриц для рассеивания и фильтрации света. Он может достигать высокого разрешения, сравнимого с настольными системами, но в гораздо меньшем корпусе", - говорит постдокторский исследователь Хун Хан Юн.

"С помощью нашего спектрометра мы можем измерять интенсивность света на каждой длине волны за пределами видимого спектра, используя устройство, находящееся у нас под рукой. Устройство полностью электрически управляется, поэтому обладает огромным потенциалом масштабируемости и интеграции. Интеграция его непосредственно в портативные устройства, такие как смартфоны и беспилотные летательные аппараты, могла бы улучшить нашу повседневную жизнь. Представьте, что следующее поколение камер наших смартфонов может быть оснащено гиперспектральными камерами, которые превосходят цветные камеры", - добавляет он.

Сокращение вычислительных спектрометров имеет важное значение для их использования в чипах и имплантируемых устройствах. Профессор Чжипэй Сун, руководитель исследовательской группы, говорит: "Обычные спектрометры громоздки, потому что им нужны оптические и механические компоненты, поэтому их применение на кристалле ограничено. В этой области растет спрос на повышение производительности и удобства использования спектрометров. С этой точки зрения миниатюрные спектрометры очень важны для обеспечения высокой производительности и новых функций во всех областях науки и промышленности.'

Профессор Пертти Хаконен добавляет, что "Финляндия и Аалто в последние годы инвестировали в исследования в области фотоники. Например, большую поддержку оказал Центр передового опыта в области квантовых технологий Академии Финляндии, Флагман в области исследований и инноваций в области фотоники, InstituteQ и Инфраструктура Otanano. Наш новый спектрометр является наглядной демонстрацией успеха этих совместных усилий. Я считаю, что при дальнейшем повышении разрешения и эффективности эти спектрометры могли бы стать новыми инструментами для квантовой обработки информации.'

В дополнение к постдокторанту Хун Хан Юну и профессорам Чжипей Сун и Пертти Хаконен, ключевыми членами Aalto, связанными с работой, были постдокторанты Генри А. Фернандес и Фейсал Ахмед, докторанты Федор Нигматулин, Сяоци Цуй, доктор медицинских наук Джус Уддин и профессор Харри Липсанен. Профессор Итан Д. Майнот из Университета штата Орегон присоединился к этой работе в качестве приглашенного ученого в Университете Аалто в течение одного года. В международную исследовательскую группу, возглавляемую университетом Аалто, также входили профессора Вэйвэй Цай (Шанхайский университет Цзяо Тун), Цзуньинь Ян (Чжэцзянский университет), Ханьсяо Цуй (Сычуаньский университет), Кванпе Ким (Университет Йонсей) и Тауфик Хасан (Кембриджский университет).