近日，上海科技大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院虞晶怡、陳佰樂團(tuán)隊(duì)的成果“單像素p-graded-n結(jié)微型光譜儀”榮獲2024年中國光學(xué)十大進(jìn)展(應(yīng)用研究類)提名獎(jiǎng)。該研究在超微型光譜儀的技術(shù)路線和光譜測量方法上取得了重要進(jìn)展，為醫(yī)療診斷、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)檢測等領(lǐng)域帶來了全新的技術(shù)方案。相關(guān)論文以“Single-pixel P-graded-N junction spectrometers”為題發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》(Nature Communications)。
 

　　光譜儀是科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用中重要的分析工具，然而，傳統(tǒng)光譜儀通常依賴光柵或邁克爾遜干涉等光學(xué)分光元件，體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高昂，難以滿足便攜化和集成化應(yīng)用的需求。在食品安全檢測、醫(yī)療監(jiān)測、智能可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域，市場對高性能、小型化的光譜儀需求迫切，但現(xiàn)有技術(shù)難以在設(shè)備尺寸、制造成本、功耗及魯棒性之間取得平衡。
 

　　面對這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)基于III-V族半導(dǎo)體材料，首次提出了p-graded-n結(jié)單像素光譜儀的新型技術(shù)路線，突破了傳統(tǒng)光譜儀依賴多通道分光的限制，使單個(gè)探測器即可實(shí)現(xiàn)寬光譜范圍的高精度測量。該方案通過優(yōu)化半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)，使探測器在不同偏壓下展現(xiàn)動(dòng)態(tài)可調(diào)的光譜響應(yīng)，從而構(gòu)建光譜重構(gòu)所需的獨(dú)特響應(yīng)矩陣。相比傳統(tǒng)光譜儀，該設(shè)計(jì)顯著降低了器件尺寸和制造成本，具備極強(qiáng)的可集成性，為光譜測量技術(shù)的革新提供了全新思路。
 

　　上海科技大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士生王景熠、王梓，碩士生潘貝貝為論文共同第一作者。陳佰樂教授和虞晶怡教授為本研究的共同通訊作者，上海科技大學(xué)為第一完成單位。本研究的器件制造得到了上海科技大學(xué)材料器件中心的支持，相關(guān)計(jì)算依托上海科技大學(xué)圖信中心高性能計(jì)算平臺(tái)完成。
 

　　“中國光學(xué)十大進(jìn)展”評(píng)選活動(dòng)由中國激光雜志社主辦，至今已成功舉辦20屆，以嚴(yán)格的評(píng)審標(biāo)準(zhǔn)和高水平的候選研究成果，成為國內(nèi)光學(xué)領(lǐng)域最具權(quán)威性和影響力的獎(jiǎng)項(xiàng)之一。本次提名不僅是對上海科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新能力的高度認(rèn)可，也彰顯了該技術(shù)在學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的廣闊應(yīng)用前景。