科技日报记者 吴长锋
记者30日从中国科学技术大学获悉，该校教授孙海定联合中国科学院院士、武汉大学教授刘胜，成功研制出微型紫外光谱仪，并实现片上光谱成像。该光谱成像仪基于新型氮化镓基级联光电二极管架构，并与深度神经网络算法融合，实现了高精度光谱探测与高分辨率多光谱成像，其光谱响应速度达到超快纳秒级。相关成果日前在线发表于《自然·光子学》。
光谱成像技术可同时获取光谱与空间信息，在成分分析、环境监测、卫星遥感和深空探测等领域具有重要价值。传统光谱仪依赖光栅分光和机械扫描，系统复杂、体积庞大、价格高昂，难以满足便携式和实时化检测需求，成为该领域发展的关键瓶颈。
研究团队联合国内外研究学者提出了一种氮化镓基级联光电二极管架构，研制出工作于紫外波段的微型光谱成像仪，实现了高精度光谱探测与高分辨率多光谱成像。该结构由上下两个不对称p-n二极管垂直级联组成，可在两英寸和更大尺寸的晶圆上阵列化制备。器件通过外加偏压调控载流子的波长依赖传输行为，实现电压可调的双向光谱响应，并结合深度神经网络算法，可对未知光谱进行高精度重构。该光谱成像仪工作波段覆盖250至365纳米的紫外波段，光谱分辨率可达到0.62纳米，约10纳秒的超快响应速度。
研究人员表示，这项研究提出并实现了利用宽禁带氮化物半导体作为微型光谱成像仪的材料载体。未来，通过调控材料组分和掺杂，或采用二六族和三五族半导体材料，该架构可以将工作范围扩展至可见光和红外波段。同时，器件尺寸还可缩小至亚微米甚至纳米级，可实现更低成本更高分辨光谱成像。孙海定预计，其成本有望降至传统光谱仪的百分之一，为下一代小型化、便携式和可穿戴光谱技术的普及提供了新的思路和解决方案。
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