元表面光谱仪指向片上系统集成
发布时间：2023-06-06 08:00:00 阅读数： 90
光谱仪通常使用衍射光栅和棱镜等光学元件来实现测量光谱特定部分的光的特性所需的色散。使用自由空间的光学元件，加上自由空间的传播体积，导致笨重的设备与片上集成技术不兼容。
赫瑞瓦特大学的研究人员没有使用色散光学元件，而是使用一个基于多焦点金属网设计的单一元表面来定制和控制色散。研究人员开发了一种紧凑、高分辨率的光谱仪，可以通过一个片上集成的光子学平台实现光谱分析和信息处理。
研究人员的metalens设计以波长和相位复用为基础，它可以同时实现波长分割和光聚焦。元表面光谱仪可以在焦平面上预先设计好的位置分割和聚焦不同波长的光束，准确地将波长信息映射到其位于同一平面上的焦点。
此外，它可以在高分辨率的色散控制下，并在单色和多色光束的照耀下做到这一点。
单层元表面由金纳米棒组成，具有空间上的不同方向，位于玻璃基底上。在左圆偏振光的照射下，右圆偏振光会聚在一个被设计为包含多个焦点的环上。每个焦点对应一个不同的入射波长。
据研究人员称，该小组首先考虑了一个金属透镜的相位曲线，该透镜可以在费马原理所支配的理想位置产生一个焦点。研究人员说，具有单一焦点的不同金属透镜的单个相位曲线可以整合成一个组合相位曲线。一旦实现了这一点，每个焦点的波长被认为是一个设计变量，它被添加到多焦点金属镜的相位曲线中。
研究人员说，较大的元表面样本能够实现准确的线宽检测和连续光谱识别。样品尺寸的增加增加了依赖波长的焦点的数量。这反过来又提高了分辨率和仪器的工作带宽。
超紧凑、超薄的元表面光谱仪在工作距离为300微米的宽带可见域上展示了纳米级的光谱分辨率。据研究人员所知，这是第一个使用单个元表面实现超薄、紧凑光谱仪的多焦点色散工程的实验演示。
研究人员说，设计的灵活性和该设备的超薄性相结合，使该光谱仪成为与传感器技术进行单片集成的一个有吸引力的选择。他们说，应用包括信息安全和信息处理。由于这种超薄装置容易制造，而且有可能与电子器件和传感器集成，元表面光谱仪可以为材料表征、疾病诊断和质量控制等存在严格的重量和体积限制的领域带来紧凑的光谱应用的发展。
该研究发表在《光： 科学与应用》（www.doi.org/10.1038/s41377-023-01148-9）。
