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高灵敏度！强抗干扰能力！砂砾大小的芯片级光谱仪问世
2026年01月26日 10:53:49
来源：化工仪器网 点击量：6057
近日，美国加州大学戴维斯分校研究团队开发出一种仅有砂砾大小的芯片级光谱仪。该芯片系统面积仅0.4平方毫米，兼具高灵敏度与强抗干扰能力，适合在低功耗、低成本条件下运行。
近日，美国加州大学戴维斯分校研究团队开发出一种仅有砂砾大小的芯片级光谱仪。该光谱仪通过16个微型硅探测器结合人工智能(AI)算法，实现了实验室级的光谱分析功能，能在可见光至近红外波段高精度还原光谱，为便携式医学诊断、食品检测和环境监测提供了新工具。相关研究成果发表在《先进光子学》杂志上。
光谱仪在科学研究和工业应用中具有重要性，其能够深入分析物质的成分和结构，通过捕捉光的色散、吸收和散射现象，获取与被测物质相关的光谱信息。鉴于其优势性能，被广泛应用于化学、物理、生物等多个领域，帮助科学家和工程师进行精确测量和研究。
此次研究摒弃了传统的空间光散射方法。新型芯片并未像传统光谱仪那样通过棱镜或光栅在空间上物理分离不同颜色的光，而是仅集成16个彼此独立的硅探测器。每个探测器都经过专门设计，对入射光的响应略有不同。
研究的首个关键突破在于探测器结构设计。团队在硅光电二极管表面引入“光子俘获表面纹理”(PTST)，显著提升了近红外光的吸收效率，弥补了硅材料在该波段探测能力不足的问题，使芯片覆盖可见光至近红外(约1100纳米)范围。此外，高速传感架构还使器件具备超快测量光子寿命的能力。
由于探测器输出的是被编码且含噪的信号，研究人员还训练了一个全连接神经网络，通过大量样本学习探测器信号与真实光谱之间的映射关系，成功解决了光谱重构这一问题，实现约8纳米分辨率的光谱还原，并显著提升了系统的抗噪性能。
该芯片系统面积仅0.4平方毫米，兼具高灵敏度与强抗干扰能力，适合在低功耗、低成本条件下运行。这种设计为开发真正集成化、实时高精光谱传感器提供了新路径。
素材来源：科技日报
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