基于多谐振腔的重构光谱仪基准测试
光学
2024-03-04 v1 应用物理
摘要
近年来，小型化重构光谱仪得到了快速发展，但它们仍然面临一系列技术挑战，例如带宽/分辨率比、传感速度和/或功率效率。已报道的重构光谱仪设计通常存在采样通道之间去相关不足的问题，这导致压缩采样效率受限，本质上是因为对采样响应的工程设计不足。这进而导致光谱像素与通道比较差，通常限制在个位数。到目前为止，缺乏用于操纵重构光谱仪采样响应以实现光谱信息采集有效性的通用指南。在本研究中，我们阐明了压缩感知理论中的一个基本参数——平均互相关系数v，并深入探讨了它如何作为重构光谱仪设计中关于光谱像素与通道比和重建精度的关键基准。为此，我们提出了一种新颖的具有多谐振腔的重构光谱仪设计，该设计由一系列部分反射界面组成。这种多腔配置提供了广阔的参数空间，有助于实现具有最小化v的采样矩阵的卓越优化。作为概念验证演示，我们在SiN平台上实现了一种单次、双波段的重构光谱仪，该光谱仪针对捕获不同波长区域的典型光谱形状进行了定制，并采用了定制的光子晶体纳米束反射镜。实验上，该器件展示了270 nm的总工作带宽和<0.5 nm的分辨率，每个波段仅需15个采样通道，从而实现了创纪录的18.0的光谱像素与通道比。此外，所提出的多腔设计可以很容易地适应各种光子平台。例如，我们展示通过采用多层涂层，可以优化超宽带重构光谱仪，使其表现出700 nm的带宽和超过100的光谱像素与通道比。
引用
@article{arxiv.2403.00496,
title = {Benchmarking reconstructive spectrometer with multi-resonant cavities},
author = {Chunhui Yao and Kangning Xu and Tianhua Lin and Jie Ma and Chumeng Yao and Peng Bao and Zhitian Shi and Richard Penty and Qixiang Cheng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2403.00496},
year = {2024}
}