面包芯语

基于超宽带可重构光电探测器的单像素红外微型光谱仪

MEMS 2025-05-22 00:02
揭秘：新一代半导体器件如何提升测试电源的性能 TI 创新雷达传感技术牛在哪？
采用单个可重构光电探测器的微型光谱仪在红外波段极具吸引力，红外微型光谱仪在成本、易于集成和降低系统复杂性方面极具优势。然而，红外微型光谱仪通常受到波长调谐范围等问题的限制。
据麦姆斯咨询报道，近日，暨南大学、南方科技大学和香港城市大学的研究团队开发了基于液晶（LC）/金堆叠可重构光电探测器的单像素光谱仪，打破波长调谐范围限制，实现850 nm超宽调谐。研究人员通过电压调控液晶分子取向，激发表面等离子体共振（SPR）与波导模式共振（GMR）耦合，实现1150 - 2000 nm波段覆盖，在塑料分选中准确率100%。这项研究以“Single-Pixel Infrared Miniaturized Spectrometer Enabled by Ultra-Broadband Reconfigurable Photodetection”为题发表在Advanced Science期刊上。
光调制单元与光电探测单元并排集成在同一块蓝宝石上，其中入射光通过棱镜方法耦合到光调制单元，然后调制光反射到光电探测单元中，如图1所示。通过这种配置，可以在紧凑且低成本的平台中实现计算光谱和光谱传感。
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图1 液晶调谐的可重构光电探测
众所周知，液相色谱由各向异性分子组成，这种各向异性在宏观尺度上保持不变。研究人员使用有限元法（FEM）计算了不同偏倚下液晶分子的取向分布，又模拟了该器件的光调制特性，相关结果如图2所示。
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图2 棱镜耦合液晶光调制中液晶分子取向和模式耦合的理论研究
研究人员综合考虑液晶在实际情况下的锚定效应和各向异性折射率分布，可实现宽带光调制，相关结果如图3所示。接着，研究人员使用可重构光电探测器进行光谱重建，相关结果如图4所示。
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图3 测量的光谱调制和可重构的光电响应
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图4 使用可重构光电探测器进行光谱重建
扫描模式下的光谱采样方法也可用于材料分析中的光谱传感。研究人员将可重构光电探测器应用于五种塑料的分选，相关结果如图5所示。
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图5 通过可重构的光电探测进行光谱传感
综上所述，这项研究展示了一种基于单个可重构光电探测器的近红外微型光谱仪。与快照微型光谱仪相比，基于可重构光电探测器的器件成本更低，并且更大的光电探测器具有更高的信噪比，可在制造后针对不同的应用场景进行后调谐。该单像素近红外微型光谱仪适用于对测量速度要求不高但对集成和成本敏感的场景。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/advs.202500830

延伸阅读：

《苹果在量子点光电传感器领域的发明专利与产业布局分析》
《量子点光电传感器专利态势分析-2024版》
《新兴图像传感器技术及市场-2024版》
《光谱成像市场和趋势-2022版》
《小型、微型和芯片级光谱仪技术及市场-2020版》

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