光光谱仪仪器的基本类型之一,在许多领域,包括化学工程、材料分析、天文科学、医学诊断和生物传感。传统的高性能基于既笨重又昂贵的光谱仪系统不再能满足各种需求的新兴应用程序场景可移植性、成本、鲁棒性和节能是最重要的指标,如便携式或可穿戴传感装置为医疗、食品安全监测、分享服务光谱仪,兵力遥感和太空探索。在过去的几十年中,实质性的进展已经由学术界和工业微波光谱仪,同时保持足够的性能。然而,尽管一些工作确实先进的微型光谱仪的最先进的,他们可能遭受不足性能和低技术准备与商业化水平。
在审查的论文,研究人员从南京航空航天大学、剑桥大学和加州大学圣地亚哥总结最近的进展微型光谱仪特别注重综合光谱仪基于CMOS-compatible集成平台,具有巨大的巨大承诺以低成本制造。本文首先简要微型光谱仪的市场分析,展示他们的快速增长,特别是之集成光谱仪,预计将有一个颠覆性的增加市场交易量从2019年的不到200万美元到16亿年的2024美元。不过,一般来说,光谱仪的足迹减少与某些性能退化对其操作带宽、分辨率、测量速度、动态范围、信噪比,使其为指定的应用程序场景定制光谱仪的设计至关重要。因此,采取最流行的生物医学传感和工业化学品检测为例,作者总结了一组关键人物的优点在分辨率方面,带宽等,建立集成的性能基准测试开发下一代光谱仪在各领域的合作。
之后,论文进入技术面;两个主要类别的集成基于波长de-multiplexing光谱仪(WdM)和波长复用(WM)先后进行了讨论:“所显示他们的名字,WdM光谱仪需要de-multiplex,换句话说,分裂事件信号的光谱、空间或暂时和测量单个通道的强度。芯片上的WdM光谱仪通常由色散结构实现。另外,WdM光谱仪可以用数组实现窄带过滤器或一个可协调的窄带滤波器,其光谱响应确定光谱内容到达探测器。相比之下,WM光谱仪不需要分裂光谱的谱内容,他们通常pro-modulate整个频谱和重建通过使用特定的信号处理算法。依赖于调制原理,他们可以进一步分为傅里叶变换光谱仪,或计算光谱仪。“计算光谱仪,利用一系列的传播渠道与不同的光谱响应示例同时整个频谱,最近见过广泛的研究。然而,“即使计算光谱仪表现出明显优势的足迹,动态范围和测量时间,通过使用更少的方程的性质解决许多未知值只能重建稀疏谱,指光滑光谱或光谱只有几个非零组件。而密集的光谱包含快速变化特性等一系列的下降和山峰,过滤器必须是显著增加的数量为了保持令人满意的表现”,他们补充道。
“到目前为止,硅光子学仍然是最有前途的平台由于其独特的CMOS兼容。考虑到目前展示集成光谱仪市场需求仍不满意,我们预见四个可能的方向有关硅光子学的发展下一代光谱仪,基于活动路径配置,包括光谱仪与可编程性光谱仪,分光计光谱仪系统并行性和混合集成技术。我们期望看到扩大芯片级光谱仪融入消费者产品在未来几年内,为全球用户提供成本效益和可靠的服务”,作者预测。
