微型紫外光谱成像仪研制成功

微型紫外光谱成像仪。图片来源：中国科学技术大学

中国科学技术大学教授孙海定联合中国科学院院士、武汉大学教授刘胜团队，成功研制出微型紫外光谱仪，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。日前，相关成果在线发表于《自然-光子学》。

光谱信息被称为物质的“光基因”，能够揭示组成与特性。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。然而，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。尤其在深紫外/紫外波段，由于材料与工艺限制，片上微型紫外光谱成像技术成为长期制约相关领域发展的关键瓶颈。

孙海定团队联合国内外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。器件实现电压可调的双向光谱响应，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0.62纳米，响应速度约10纳秒。

基于此，研究团队进一步实现片上光谱空间一体化成像阵列，并成功对橄榄油、花生油、动物油脂和牛奶等不同有机物质液滴进行了空间分辨与单次直接成像，显示出在食品检测和分子识别等方面的应用潜力。

该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。这种新型微型光谱成像仪的成功研制，为下一代小型、便携和可穿戴光谱技术的普及提供了新的思路和解决方案。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41566-025-01754-6