隠された視覚情報を掘り起こす:数千色に及ぶ色を一度に検出するオールインワン(Tapping hidden visual information: An all-in-one detector for thousands of colours)

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アールトの研究者が開発した新しいチップは、私たちの指先にフォトニック情報をもたらします。 A new chip from Aalto researchers puts photonic information at our fingertips.

2022-10-21 フィンランド・アールト大学

A fingertip-sized on-chip spectrometer in the foreground compared to a commercial benchtop-size spectrometer in the background. Photo: Aalto University
A fingertip-sized on-chip spectrometer in the foreground compared to a commercial benchtop-size spectrometer in the background. Photo: Aalto University

国際研究チームは、単一のマイクロチップサイズの検出器のみを用いて、高い波長精度、高い分光分解能、広い動作帯域幅を持つ高感度分光器を開発しました。この新しい超小型化された分光器の研究は、雑誌 “Science” に発表された。
オプトエレクトロニクス・ラボ・オン・ア・チップは、光学部品や機械部品などの従来のハードウェアの代わりに人工知能を搭載して設計された。そのため、この計算機型分光器は、光を分散させたりフィルタリングするためのかさばる部品やアレイ設計を別途必要としない。ベンチトップシステムに匹敵する高分解能を、より小型のパッケージで実現することができる。
この分光器では、手元の装置で可視域を超える各波長の光強度を測定することができる。この装置はすべて電気的に制御可能なので、拡張性や統合性が非常に高い。

<関連情報>

調整可能なファンデルワールス接合を用いた小型分光器 Miniaturized spectrometers with a tunable van der Waals junction

Hoon Hahn Yoon,Fedor Nigmatulin.Weiwei Cai,Hanxiao Cui,Faisal Ahmed,Xiaoqi Cui,Md Gius Uddin,Ethan D. Minot,Harri Lipsanen,Kwanpyo Kim,Pertti Hakonen,Tawfique Hasan ,Zhipei Sun
Science  Published:20 Oct 2022
DOI: 10.1126/science.add8544

Miniaturizing spectrometers

High-resolution spectrometry tends to be associated with bench-sized machines. Recent efforts on computational spectrometers have shown that this physical footprint can be shrunk by using nanowires and two-dimensional (2D) materials, but these devices are often associated with limited performance. Yoon et al. developed a single-detector computational spectrometer using an electrically tunable spectral response of a single junction comprising 2D van der Waal materials (see the Perspective by Quereda and Castellanos-Gomez). The electrically tunable spectral response and high performance of the tiny detector are promising for the further development of computational spectrometers. —ISO

Abstract

Miniaturized computational spectrometers, which can obtain incident spectra using a combination of device spectral responses and reconstruction algorithms, are essential for on-chip and implantable applications. Highly sensitive spectral measurement using a single detector allows the footprints of such spectrometers to be scaled down while achieving spectral resolution approaching that of benchtop systems. We report a high-performance computational spectrometer based on a single van der Waals junction with an electrically tunable transport-mediated spectral response. We achieve high peak wavelength accuracy (∼0.36 nanometers), high spectral resolution (∼3 nanometers), broad operation bandwidth (from ∼405 to 845 nanometers), and proof-of-concept spectral imaging. Our approach provides a route toward ultraminiaturization and offers unprecedented performance in accuracy, resolution, and operation bandwidth for single-detector computational spectrometers.

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