Pas besoin d'un mode leaky au niveau du picomètre

Light Publishing Center, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics And Physics, CAS

image : Le spectromètre ne prend qu'un seul instantané pour obtenir les informations spectrales avec une résolution picométrique et fonctionne dans la plage de 0,3 à 1 μm.Voir plus

Crédit : par Qingqing Cen, Sijie Pian, Xinhang Liu, Yuwei Tang, Xinying He, Yaoguang Ma

La précision de l'obtention d'informations abondantes sur l'interaction lumière-matière avec une mesure instantanée rend la spectroscopie optique indispensable pour les industries modernes et la recherche scientifique. La miniaturisation des spectromètres traditionnellement encombrants a été fortement motivée par les vastes applications, notamment la détection bio/médicale, l'analyse des matériaux, la communication optique et la caractérisation des sources lumineuses.

Les chercheurs ont conçu des spectromètres pour un coût inférieur, des flexibilités plus élevées, une taille plus petite, de meilleures stabilités et des performances depuis un certain temps. Cependant, un compromis inhérent entre les aspects ci-dessus empêche ce thème à long terme de la miniaturisation de progresser. Généralement, les spectromètres à éléments dispersifs nécessitent des séparations spatiales supplémentaires et ont tendance à laisser une grande empreinte.

Les conceptions basées sur les filtres (y compris les types à bande étroite et de reconstruction) souffrent d'une perte de puissance causée par l'absorption ou la réflexion et d'une résolution et d'une bande passante limitées en raison du nombre limité de canaux. Les spectromètres sur puce reposent sur la nanofabrication et ont tendance à avoir une efficacité de couplage très faible pour un fonctionnement à large bande.

Surtout, un petit spectromètre flexible et peu coûteux avec des performances élevées stables est toujours insaisissable.

Dans un nouvel article publié dans eLight, une équipe de scientifiques dirigée par le professeur Yaoguang Ma de l'Université du Zhejiang a développé un spectromètre compact qui intègre plusieurs pointes coniques pour l'imagerie hyperspectrale.

Le spectromètre utilise des taches de modes de fuite complexes projetées à partir d'une pointe conique en microfibre incurvée qui détermine de manière unique la longueur d'onde du signal d'entrée. Grâce à un emballage solide avec un capteur d'imagerie à semi-conducteur à oxyde de métal complémentaire (CMOS), l'acquisition de données de notre spectromètre peut être terminée à l'aide d'un seul instantané sans équipement externe nécessaire.

Un réseau de transformateur de vision léger (ViT) a été utilisé pour analyser les images complexes enregistrées par le capteur d'image CMOS (CIS). La corrélation entre les informations spectrales et les images en mode de fuite peut être facilement construite après la formation. De plus, ce minuscule appareil hautes performances est fabriqué avec des éléments peu coûteux (les composants de base du spectromètre coûtent moins de 15 dollars US). Il pourrait être utilisé sur de longs intervalles tout en maintenant la précision et la fiabilité.

Les interférences multimodes pourraient générer des mouchetures aléatoires qui sont associées à des informations sur les spectres. Cependant, la plupart des conceptions de spectromètres basées sur celui-ci reposent sur des milieux aléatoires tels que des surfaces rugueuses, des fibres multimodes, des sphères d'intégration ou des cristaux photoniques. Celles-ci nécessitent généralement un équipement supplémentaire encombrant ou coûteux, tel qu'une caméra haute performance ou même un microscope, pour effectuer la mesure.

D'autre part, les microfibres sont des outils idéaux pour manipuler les champs lumineux de par leur dispersion sur mesure et leur faible encombrement. Les expériences utilisent généralement des microfibres pour confiner la lumière à l'intérieur de la fibre afin qu'elle se propage le plus longtemps possible. Si un cône en microfibre est étiré dans des conditions non adiabatiques, le couplage entre différents modes induit par la géométrie de la fibre générera des modes de fuite qui sont généralement indésirables pour les applications en microfibre.

Cependant, des chercheurs de l'Université du Zhejiang ont réussi à utiliser le mode de fuite en étudiant les taches aléatoires induites pour récupérer les informations spectrales cachées, tout en concevant les conditions de dessin du cône pour maximiser la génération de modes de fuite dans une région de cône de 1 mm. Le spectromètre peut fonctionner dans la région de 0,3 à 1 mm. Une résolution d'environ 1,5 pm peut être obtenue avec une mesure instantanée.

Le spectromètre évolutif à faible coût démontré peut également être mis en œuvre à grande échelle sur une puce CIS pour démontrer l'imagerie hyperspectrale. L'accord élevé entre les données de l'imageur hyperspectral microtaper proposé et les données du spectromètre conventionnel montre un grand potentiel pour leur conception.

eLight

10.1186/s43593-023-00041-7

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