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中科大等團隊合作開發微型光譜成像儀芯片 有望推動便攜式檢測技術發展
2025年09月30日 09:53:14
來源：化工儀器網 點擊量：2776
中國科學家團隊成功研制出一種微型紫外光譜成像芯片。該芯片采用新型級聯光電二極管結構，在250-365納米波段實現了0.62納米分辨率、10納秒快速響應的光譜探測與成像，并成功應用于有機物的區分識別。這一突破為開發低成本、便攜式光譜檢測設備奠定了基礎。
近日，中國科學技術大學孫海定教授團隊聯合武漢大學劉勝教授團隊、浙江大學楊宗銀教授團隊及劍橋大學Tawfique Hasan教授團隊，在微型光譜成像儀芯片研究中取得重要進展。研究成果以《小型級聯二極管陣列光譜成像儀》為題，于2025年9月26日發表于國際學術期刊《自然·光子學》。
光譜成像技術能夠同時獲取目標的光譜特征和空間幾何信息，實現“譜圖合一”，在物質成分分析、環境監測等領域具有重要應用價值。然而，現有技術通常依賴復雜的光學分光系統和機械掃描部件，導致設備體積龐大、成本較高，限制了其在便攜、快速響應場景下的應用。尤其在深紫外/紫外波段，由于材料與制備工藝的挑戰，片上微型光譜成像技術長期未能實現突破。
為解決這一難題，研究團隊提出了一種基于氮化鎵(GaN)材料的新型級聯光電二極管架構。該結構由兩個不對稱的p-n二極管垂直級聯構成，可在2英寸晶圓上進行陣列化制備。通過調節外加偏壓，器件能夠實現對不同波長紫外光的可控響應，并結合深度學習算法，高精度重構未知光源的光譜信息。
實驗表明，該光譜成像芯片在250至365納米的紫外波段內，可實現約0.62納米的光譜分辨率及低于10納秒的響應速度。研究團隊利用所開發的10×10像素陣列，成功對橄欖油、花生油、動物油脂和牛奶等不同有機物質液滴進行了空間分辨與單次直接成像，驗證了其在成分識別與成像方面的能力。
研究團隊指出，該架構完全兼容現有半導體制造工藝，未來通過調整材料組分與摻雜特性，其工作波段有望從紫外擴展至可見光與紅外區域。器件尺寸也可進一步微縮，為實現低成本、高分辨率的光譜成像系統提供了可能。
該成果為未來高通量實時生物分子檢測、片上集成傳感等應用提供了一種新的技術路徑，有望推動光譜成像技術在便攜設備和現場檢測中的普及。
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