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高精度！高分辨率！新型微型光譜儀研制成功
2025年04月24日 11:25:06
來源：化工儀器網 點擊量：8454
中國科學院上海技術物理研究所研究員陸衛、李冠海、陳效雙團隊，成功研制出基于非線性憶阻計算技術的新型微型光譜儀，實現0.18 nm級波長精度與2 nm光譜分辨率，為相關行業提供新的解決方案。
近日，中國科學院上海技術物理研究所研究員陸衛、李冠海、陳效雙團隊，研制出基于非線性憶阻計算技術的新型微型光譜儀，通過結合光子憶阻器與神經網絡算法，為解決光譜儀小型化與高性能難以兼容的行業難題提供新的解決方案，并為材料科學、工業檢測和智能傳感領域的發展提出新方向。相關成果發表在《光：科學與應用》（Light: Science & Applications）上。
光譜分析技術作為現代科學的重要表征手段，在材料科學、工業檢測和光電傳感領域發揮著重要作用。近年來，市場對兼具便攜性、測量精度、高光譜分辨率與寬譜段響應特性的光譜設備的需求激增。然而，傳統光譜儀受制于復雜光學系統架構，依賴空間色散元件構建的長程傳播路徑，與微型化發展趨勢形成結構性矛盾，制約了集成化光譜設備的工程實現。
當前，微型化技術路線主要有兩種：一是通過光子晶體、超表面等亞波長結構實現光場調控；二是利用微型干涉系統替代傳統色散式架構。盡管上述技術縮小了設備體積，但微型化過程普遍伴隨著光譜分辨率降低、動態范圍收窄和信噪比劣化等問題。
針對以上問題，研究人員巧妙運用了非線性憶阻計算技術，實現了多方面的顯著提升。非線性憶阻作為一種具有特殊電學性能的器件，其獨特的記憶與存儲功能為光譜儀的創新提供了可能。
研究人員利用鈀離子遷移實現光子憶阻器的動態能帶調制，突破了傳統光響應矩陣的線性限制。通過構建深度神經網絡重建算法，實現光譜特征的高精度解析，在保持設備微型化的同時，實現0.18 nm級波長精度與2 nm光譜分辨率，為智能光電子系統提供了可重構光譜感知新路徑，并有望推動微型光譜儀從靜態濾波向動態認知的范式躍遷。
從應用前景來看，基于非線性憶阻計算技術的新型微型光譜儀具有廣闊的市場空間。在航天航空領域，可以輕松搭載在衛星、飛行器等設備上，對宇宙空間的環境進行光譜分析，為航天科學研究提供寶貴的數據。在物聯網領域，可以實現對各種物體的快速光譜識別，推動智能家居、智能交通等行業的發展。此外，在食品安全、農業、地質勘探等多個領域，都將發揮重要的作用。
素材來源：上海技術物理研究所
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