迷你化计算色散工程硅光子文垂卡尺仪器
光学
2025-09-23 v1
摘要
小型化谱仪以经济实惠的移动应用为目标仍具有挑战，因为小版面积在根本上会降低带宽和分辨率。通常要实现高分辨率需要延长且复杂的光路进行光谱去相关。这限制了带宽既通过物理手段（通过共振波长周期约束），又通过数学手段（由于导致大矩阵分解不良条件）。本文报道了一种利用计算色散工程硅光子文垂卡尺的谱仪器。这种确定性设计天然实现周期抑制的正交测量，从而克服了当前芯片级谱仪器的带宽-分辨率-版面积限制。利用色散工程化的文垂亚波长光栅微环腔和无分解矩阵计算，实现了超过160 nm带宽下1.4 pm的光谱分辨率，单检测通道的版面积小于55×35 μm²，建立了目前为止最高的带宽-分辨率-版面积比率（>57 μm⁻²）。此外，精确测量了氢氰酸的宽带密集重叠分子吸收光谱，分辨出49个R分支和P分支线，线宽范围为15至86 pm，这在压缩感知方法中具有根本性挑战。该芯片级谱仪为精确和实时多物种光谱分析提供了新路径，促进了其商业化应用。
引用
@article{arxiv.2509.16644,
title = {Miniaturized Computational Dispersion-Engineered Silicon Photonic Vernier Caliper Spectrometer},
author = {Hao Deng and Tong Lin and Liu Li and Yan Fan and Ziyang Xiong and Zelong Chen and Shihua Chen and Junpeng Lu and Zhenhua Ni},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.16644},
year = {2025}
}
备注
21 pages,6 figures