En alt-i-ett-detektor for tusenvis av farger

Spektrometre er mye brukt i industri og forskning for å oppdage og analysere lys. Spektrometre måler lysspekteret – dets styrke ved forskjellige bølgelengder, som fargene i en regnbue – og er et viktig verktøy for å identifisere og analysere prøver og materialer. Integrerte on-chip spektrometre vil være til stor fordel for en rekke teknologier, inkludert kvalitetsinspeksjonsplattformer, sikkerhetssensorer, biomedisinske analysatorer, helsevesen, miljøovervåkingsverktøy og romteleskoper.

Et internasjonalt forskerteam ledet av forskere ved Aalto-universitetet har utviklet spektrometre med høy følsomhet med høy bølgelengdenøyaktighet, høy spektral oppløsning og bred operasjonsbåndbredde, ved bruk av kun en enkelt detektor på størrelse med mikrobrikke. Forskningen bak dette nye ultraminiatyriserte spektrometeret ble publisert i dag i tidsskriftet Vitenskap.

“Vårt enkeltdetektorspektrometer er en alt-i-ett-enhet. Vi designet denne optoelektroniske laboratoriet-på-en-brikke med kunstig intelligens erstatte konvensjonell maskinvare, for eksempel optiske og mekaniske komponenter. Derfor krever ikke vårt beregningsspektrometer separate klumpete komponenter eller array-design for å spre og filtrere lys. Den kan oppnå en høy oppløsning som kan sammenlignes med benchtop-systemer, men i en mye mindre pakke, sier postdoktor Hoon Hahn Yoon.

“Med vårt spektrometer kan vi måle lysintensitet ved hver bølgelengde utover synlig spektrum ved å bruke en enhet til fingerspissene. Enheten er helt elektrisk kontrollerbar, så den har et enormt potensial for skalerbarhet og integrasjon. Å integrere den direkte i bærbare enheter som smarttelefoner og droner kan fremme hverdagen vår. Tenk deg at neste generasjon av smarttelefonkameraene våre kan utstyres med hyperspektrale kameraer som overgår fargekameraene,” legger han til.

Krympende beregningsspektrometre er avgjørende for deres bruk i brikker og implanterbare applikasjoner. Professor Zhipei Sun, leder av forskerteamet, sier: “Konvensjonelle spektrometre er store fordi de trenger optiske og mekaniske komponenter, så deres on-chip-applikasjoner er begrenset. Det er en voksende etterspørsel på dette feltet for å forbedre ytelsen og brukervennligheten til spektrometre Fra dette synspunktet er miniatyriserte spektrometre svært viktig å tilby høy ytelse og nye funksjoner innen alle felt innen vitenskap og industri.”

Professor Pertti Hakonen legger til at “Finland og Aalto har investert i fotonikkforskning de siste årene. For eksempel har det vært stor støtte fra Academy of Finlands Centre of Excellence på kvanteteknologi, Flagship on Photonics Research and Innovation, InstituteQ, og Otanano Infrastruktur. Vårt nye spektrometer er en tydelig demonstrasjon av suksessen til disse samarbeidsarbeidene. Jeg tror at med ytterligere forbedringer i oppløsning og effektivitet, vil disse spektrometre kan gi nye verktøy for kvanteinformasjonsbehandling.”

---

---