光光谱仪扮演不可或缺的角色在许多科学和工业应用,如材料分析、生物传感、光学断层扫描和高光谱成像。传统台式光谱仪易受机械振动和不相适应现场部署在实验室外。构建集成的光谱仪,全固态光子集成电路,体积小的优点,鲁棒性振动和潜在的低成本。然而,大多数的报告综合光谱仪遭受一个固有的光谱分辨率和操作带宽之间的权衡。高光谱分辨率需要长光程长度支持足够的光谱解相关,从而导致一个更小的自由光谱范围(FSR)。
为首的一组科学家鸿Ki曾荫权从电子工程系教授,香港中文大学,已经开发出一种突破性的方法,克服了在芯片级谱分辨带宽限制。该方案是基于一对相同的可协调的micro-ring谐振器(MRR)的强劲inter-cavity耦合将每个谐振模式分为对称模式和一个反对称模式。这种独特的行为像一个两级分子的能级分裂由两个原子组成。有趣的是,mode-splitting强度耦合强度成正比。因此,由工程“光子分子”的分散、分割强度会有所不同在整个带宽包含多个市场。同时优化两个mrr时,每个波长通道将产生不同的扫描跟踪,从而能够重建任何未知输入谱。
的艺术家的视图集成使用dispersion-engineered光子分子谱仪。b的结构由两个相同的可协调的micro-ring谐振器。未知输入光谱扫描通过thermo-optical校准产生一个输出信号。我们的目标是恢复信号的光谱信息与校准传输矩阵。c为单个谐振器,信息在不同的自由光谱范围(FSR)是没有区别的。如果一对强烈耦合谐振器,那么每个共振将分为对称和反对称模式模式,类似于一个两级分子。此外,劈裂强度正比于谐振器之间的耦合强度。因此,通过裁剪分散,劈裂强度会有所不同在多个市场。d两波长间隔的整数倍的市场(λ₂=λ₁+ m∙FSR),他们的权力扫描轨迹可以发现从不同的峰值间隔诱导的分散模式分裂。这样,所有decorrelated波长通道,从而能够重建光谱超出了FSR限制。 Credit: Hongnan Xu, Yue Qin, Gaolei Hu and Hon Ki Tssang
在实验中,许多具有各种复杂特性的测试光谱检索使用光子分子计划。证明了光谱分辨率是40点在100 nm的带宽。值得注意的是,重建精度高可以维持即使有热噪声的存在。
“我们的光谱仪是一种新颖的方法来捕获一个宽带频谱与高光谱分辨率。它完全依赖一对耦合谐振器。设备非常低功耗和兼容主流纳米光子制造技术”。
“谱仪是基于耦合谐振器的模式分裂。这种现象类似于分子中两个原子的能级分裂。我们设计一个简单的配置和体积小,以便它可以与其他设备密集。我们相信这种方法有可能成为未来应用于手持甚至可穿的光谱传感器。”
