Revolucionando a espectrometria com ultra-simplicidade:revolucionando projetos convencionais por meio de nova computação de difração
O espectrômetro baseado em difração ultra-simplificado proposto. Crédito:Light:Ciência e Aplicações (2024). DOI:10.1038/s41377-023-01355-4 Os espectrômetros são instrumentos científicos cruciais em vários campos de pesquisa e têm servido consistentemente como ferramentas indispensáveis para pesquisas fundamentais. No entanto, o tamanho pesado dos espectrômetros convencionais representa desafios para plataformas móveis compactas e econômicas.
Nos últimos anos, a miniaturização de espectrômetros baseados na codificação espectral espaço-temporal e em técnicas de computação numérica ganhou ampla atenção. No entanto, projetos complexos de dispersores, juntamente com materiais avançados e tecnologias de fabricação de precisão, sustentam principalmente os projetos miniaturizados existentes. Além disso, questões intrincadas de calibração relacionadas à codificação espectral impedem ainda mais a generalização da simplicidade e da miniaturização.
Em uma descoberta recente, o professor Shiyuan Liu e seu grupo da Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong incorporaram o princípio óptico fundamental da "decomposição de modo coerente da difração de banda larga" em sua exploração de técnicas de medição espectral. Seu trabalho levou ao desenvolvimento de um espectrômetro computacional baseado em difração excepcionalmente simplificado.
Os resultados da pesquisa, intitulados "Espectrômetro computacional baseado em difração ultrasimplificado", foram publicados em Light:Science &Applications. e ganhou reconhecimento como papel de capa.
"Apresentamos um projeto de espectrômetro novo e direto baseado no mapeamento de difração de banda larga para codificação espectral. Nossa abordagem inovadora incorpora um orifício de formato arbitrário como um dispersor parcial baseado em difração, posicionado na frente do detector. Isso elimina a necessidade para projetos intrincados de pré-codificação, tornando o espectrômetro ultrassimplificado e altamente econômico, com um dispositivo dispersor central com preço de quase um dólar", dizem os cientistas.
"Com apenas uma única captura da imagem de difração de banda larga, podemos determinar com precisão o espectro do espectro da luz incidente. Essa conquista é possível através da decomposição em modo coerente da imagem de banda larga capturada. Notavelmente, introduzimos um método de mapeamento inovador baseado em função de propagação de pontos baseada em espectro derivada de uma única captura de uma imagem de difração monocromática Este mapeamento permite a geração de uma função de resposta espectral completa na codificação espaço-temporal espectral, eliminando a necessidade de projeto de pré-codificação, fabricação intrincada de alta precisão ou calibração de. a função de resposta espectral completa", acrescentam.
"Nosso espectrômetro desenvolvido demonstrou uma precisão de localização de pico espectral reconstruída melhor que 1 nm em uma largura de banda de 200 nm e uma resolução de pico espectral de 3 nm, dentro de uma área compacta de menos de meia polegada. Isso representa a primeira demonstração de um projeto de espectrômetro que integra uma estrutura de difração ultra-simplificada e de formato arbitrário", explicam.
"Nosso projeto permite medições de espectro de disparo único em uma ampla faixa de comprimento de onda, do ultravioleta ao infravermelho, com integração miniaturizada de laboratório no chip. Esse avanço é crucial para aplicações portáteis, oferecendo alta robustez, baixo custo e estabilidade a longo prazo. "
