上海交大科研團(tuán)隊(duì)在微型計(jì)算光譜儀研究取得重要進(jìn)展

混沌系統(tǒng)對(duì)初始條件具有高度敏感性，其行為表現(xiàn)出顯著的隨機(jī)性與不可預(yù)測(cè)性，因此在大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用中往往被盡量避免。然而，在某些特定場(chǎng)景下，混沌所固有的隨機(jī)特性反而可被轉(zhuǎn)化為一種優(yōu)勢(shì)資源，用于支持特定目標(biāo)的高效實(shí)現(xiàn)，例如在計(jì)算光譜儀中的應(yīng)用。計(jì)算光譜儀基于預(yù)校準(zhǔn)的光譜響應(yīng)矩陣，對(duì)經(jīng)過(guò)編碼的入射光譜進(jìn)行重建，其性能強(qiáng)烈依賴于響應(yīng)矩陣的質(zhì)量，尤其是高度的隨機(jī)性和去相關(guān)性。基于這一需求，提出了一種具有潛力的創(chuàng)新思路：通過(guò)人為構(gòu)建光學(xué)混沌系統(tǒng)，生成具備高度隨機(jī)性和去相關(guān)性的響應(yīng)矩陣，從而實(shí)現(xiàn)高性能的緊湊型計(jì)算光譜儀。 Fv.}w_  
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近期，上海交通大學(xué)集成電路學(xué)院（信息與電子工程學(xué)院）郭旭涵教授、蘇翼凱教授課題組提出了一種基于單一混沌微盤(pán)的微型計(jì)算光譜儀。該光譜儀利用變形微盤(pán)中的光學(xué)混沌效應(yīng)，成功構(gòu)建出高度去相關(guān)的光譜響應(yīng)矩陣。在僅為20×22 μm²的超小尺寸和16.5 mW的低功耗條件下，該光譜儀實(shí)現(xiàn)了10 pm的超高光譜分辨率與100 nm的寬可測(cè)帶寬，在帶寬、分辨率與尺寸之間的經(jīng)典三重權(quán)衡問(wèn)題上取得了重要突破。該成果以“Miniaturized Chaos-assisted Spectrometer”為題發(fā)表于《Light: Science & Applications》期刊上。 i`FevAx;[m  
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研究背景 VI74{='=  
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在便攜式應(yīng)用迅速發(fā)展的背景下，對(duì)小型化光譜傳感技術(shù)的需求日益迫切。傳統(tǒng)臺(tái)式光譜儀受限于體積龐大的光學(xué)元件與復(fù)雜的光路結(jié)構(gòu)，難以在小型化、高分辨率與大帶寬之間實(shí)現(xiàn)良好平衡。近年來(lái)，作為一種高度集成化的光譜傳感方案，微型計(jì)算光譜儀受到了廣泛關(guān)注。該類光譜儀通過(guò)微型光譜編碼器件構(gòu)建光譜響應(yīng)矩陣，并基于壓縮感知等算法，對(duì)編碼后的入射光信號(hào)進(jìn)行逆向求解，從而重建入射光譜。重構(gòu)過(guò)程的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性強(qiáng)烈依賴于光譜響應(yīng)矩陣的隨機(jī)性程度。為提升傳感性能，現(xiàn)有計(jì)算光譜儀通常需通過(guò)級(jí)聯(lián)復(fù)雜光學(xué)結(jié)構(gòu)以延長(zhǎng)光路，從而增強(qiáng)響應(yīng)的隨機(jī)性。然而，這類策略往往導(dǎo)致器件物理尺寸較大，難以從根本上突破帶寬、分辨率與尺寸之間的三重權(quán)衡困境。 t*NZ@)>  
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創(chuàng)新成果 *_!nil