微芯片上的光谱仪让光信息触手可及

前景中指尖上集成在芯片中的光谱仪与背景中的商用台式光谱仪对比图。图片来源：芬兰阿尔托大学

由芬兰阿尔托大学研究人员领导的一个国际研究团队开发出了高波长精度、高光谱分辨率和宽工作带宽的高灵敏度光谱仪，该光谱仪可以安装在微芯片上，并使用人工智能进行操作。发表在最新一期《科学》杂志上的该成果，将对各种技术和应用大有裨益，包括质量检测平台、安全传感器、生物医学分析仪、医疗保健系统、环境监测工具和空间望远镜。

此次，利用二维半导体超薄材料，研究人员开发出集成芯片上的光谱仪，这种单探测器光谱仪是一种一体化设备，如同一个带有人工智能的光电“芯片实验室”。

美国俄亥俄州立大学科学学院物理学教授伊桑·米诺特说，传统光谱仪需要笨重的光学和机械部件，而新设备甚至可安装在人类头发的末端。新研究表明，新型半导体材料和人工智能可取代传统部件，从而让目前最小的光谱仪（相当于葡萄大小）尺寸再次大幅缩小。

新光谱仪不需要组装单独的光学和机械部件或阵列设计来分散和过滤光线。此外，它可实现与台式系统相当的高分辨率，但封装要小得多。

研究人员表示，该设备是完全电控的，这使得它具有巨大的可扩展性和可应用性潜力。通过这一光谱仪，人们可使用触手可及的设备测量超出可见光谱的每个波长的光强度。例如，它可直接集成到日常的智能手机和无人机等便携设备中，用作智能手机的高光谱相机，不仅可捕捉和分析可见光波长的信息，还可进行红外成像和分析。

此外，这种光谱仪也为研究新科学提供了工具。在医学领域，光谱仪可用于识别人体组织细微变化，比如肿瘤和健康组织之间的差异。在环境监测领域，光谱仪可准确地检测空气、水或地面中有哪些以及有多少污染。

研究员佩尔蒂·哈科宁教授认为，随着分辨率和效率的进一步提高，这些光谱仪还可为量子信息处理提供新的工具。

责任编辑： 左常睿

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