Ein All-in-One-Detektor für Tausende von Farben

Spektrometer sind in Industrie und Forschung weit verbreitet, um Licht zu detektieren und zu analysieren. Spektrometer messen das Lichtspektrum – seine Stärke bei verschiedenen Wellenlängen, wie die Farben eines Regenbogens – und sind ein unverzichtbares Werkzeug zur Identifizierung und Analyse von Proben und Materialien. Integrierte On-Chip-Spektrometer wären für eine Vielzahl von Technologien von großem Nutzen, darunter Qualitätsinspektionsplattformen, Sicherheitssensoren, biomedizinische Analysegeräte, Gesundheitssysteme, Umweltüberwachungswerkzeuge und Weltraumteleskope.

Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Forschern der Aalto-Universität hat hochempfindliche Spektrometer mit hoher Wellenlängengenauigkeit, hoher spektraler Auflösung und großer Betriebsbandbreite entwickelt, die nur einen einzigen mikrochipgroßen Detektor verwenden. Die Forschung hinter diesem neuen ultraminiaturisierten Spektrometer wurde heute in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft.

„Unser Einzeldetektor-Spektrometer ist ein All-in-One-Gerät. Wir haben dieses optoelektronische Lab-on-a-Chip mit künstlicher Intelligenz entwickelt, die herkömmliche Hardware wie optische und mechanische Komponenten ersetzt. Daher erfordert unser Computerspektrometer keine separate sperrige Komponenten oder Array-Designs zum Streuen und Filtern von Licht. Es kann eine hohe Auflösung erreichen, die mit Benchtop-Systemen vergleichbar ist, jedoch in einem viel kleineren Gehäuse“, sagt Postdoktorand Hoon Hahn Yoon.

„Mit unserem Spektrometer können wir die Lichtintensität bei jeder Wellenlänge jenseits des sichtbaren Spektrums mit einem Gerät an unseren Fingerspitzen messen. Das Gerät ist vollständig elektrisch steuerbar und hat daher ein enormes Potenzial für Skalierbarkeit und Integration. Direkte Integration in tragbare Geräte wie Smartphones und Drohnen könnten unser tägliches Leben voranbringen. Stellen Sie sich vor, die nächste Generation unserer Smartphone-Kameras könnte mit Hyperspektralkameras ausgestattet werden, die Farbkameras übertreffen“, fügt er hinzu.

Schrumpfende Computerspektrometer sind für ihren Einsatz in Chips und implantierbaren Anwendungen unerlässlich. Professor Zhipei Sun, der Leiter des Forschungsteams, sagt: „Herkömmliche Spektrometer sind sperrig, weil sie optische und mechanische Komponenten benötigen, sodass ihre On-Chip-Anwendungen begrenzt sind Spektrometer. Unter diesem Gesichtspunkt sind miniaturisierte Spektrometer sehr wichtig, um eine hohe Leistung und neue Funktionen in allen Bereichen der Wissenschaft und Industrie zu bieten.“

Professor Pertti Hakonen fügt hinzu, dass „Finnland und Aalto in den letzten Jahren in die Photonikforschung investiert haben. Beispielsweise gab es große Unterstützung durch das Exzellenzzentrum der Akademie von Finnland für Quantentechnologie, das Flaggschiff für Photonikforschung und -innovation, das InstituteQ und das Otanano Infrastruktur. Unser neues Spektrometer ist ein klarer Beweis für den Erfolg dieser gemeinsamen Bemühungen. Ich glaube, dass diese Spektrometer mit weiteren Verbesserungen in Auflösung und Effizienz neue Werkzeuge für die Quanteninformationsverarbeitung bieten könnten.“