Les spectromètres sont des instruments scientifiques essentiels dans divers domaines de recherche et ont toujours été des outils indispensables pour la recherche fondamentale. Cependant, la taille encombrante des spectromètres conventionnels pose des défis pour les plates-formes mobiles rentables et compactes.
Ces dernières années, la miniaturisation des spectromètres basée sur des techniques de codage spatio-temporel spectral et de calcul numérique a attiré une grande attention. Néanmoins, les conceptions complexes de disperseurs ainsi que les technologies avancées de matériaux et de fabrication de précision soutiennent principalement les conceptions miniaturisées existantes. De plus, des problèmes complexes d’étalonnage liés au codage spectral entravent encore davantage la généralisation de la simplicité et de la miniaturisation.
Dans le cadre d’une avancée récente, le professeur Shiyuan Liu et son groupe de l’Université des sciences et technologies de Huazhong ont incorporé le principe optique fondamental de la « décomposition en mode cohérent de la diffraction à large bande » dans leur exploration des techniques de mesure spectrale. Leurs travaux ont conduit au développement d’un spectromètre informatique exceptionnellement rationalisé, basé sur la diffraction.
Les résultats de la recherche, intitulés « Spectromètre informatique ultra-simplifié basé sur la diffraction », ont été publié dans Lumière : science et applications et a gagné la reconnaissance en tant que document de couverture.
« Nous présentons une conception nouvelle et simple de spectromètre basée sur une cartographie de diffraction simple à large bande pour le codage spectral. Notre approche innovante intègre un sténopé de forme arbitraire comme disperseur partiel basé sur la diffraction, positionné devant le détecteur. Cela élimine le besoin pour des conceptions de pré-codage complexes, ce qui rend le spectromètre ultra-simplifié et très rentable, avec un dispositif de dispersion de base vendu à près d’un dollar », déclarent les scientifiques.
« Avec une seule capture de l’image de diffraction à large bande, nous pouvons déterminer avec précision le spectre du spectre de la lumière incidente. Cette réalisation est rendue possible grâce à la décomposition en mode cohérent de l’image à large bande capturée. Nous avons notamment introduit une méthode de cartographie innovante basée sur fonction d’étalement de points basée sur le spectre dérivée d’une capture unique d’une image de diffraction monochromatique. Cette cartographie permet la génération d’une fonction de réponse spectrale complète dans le codage spatio-temporel spectral, éliminant ainsi le besoin de conception de pré-codage, de fabrication complexe de haute précision ou d’étalonnage de la fonction de réponse spectrale complète », ajoutent-ils.
« Notre spectromètre développé a démontré une précision de localisation des pics spectraux reconstruits meilleure que 1 nm sur une bande passante de 200 nm et une résolution des pics spectraux de 3 nm, dans un encombrement compact inférieur à un demi-pouce. Il s’agit de la première démonstration d’une conception de spectromètre qui intègre une structure de diffraction ultra-simplifiée et de forme arbitraire », expliquent-ils.
« Notre conception permet des mesures de spectre en une seule fois sur une large gamme de longueurs d’onde, de l’ultraviolet à l’infrarouge, avec une intégration miniaturisée de laboratoire sur puce. Cette avancée est cruciale pour les applications portables, offrant une robustesse élevée, un faible coût et une stabilité à long terme. «
Plus d’information:
Chuangchuang Chen et al, Spectromètre informatique ultra-simplifié basé sur la diffraction, Lumière : science et applications (2024). DOI : 10.1038/s41377-023-01355-4