【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，紅外科學(xué)與技術(shù)全國重點實驗室陸衛(wèi)、李冠海、陳效雙研究員團隊成功研制出基于非線性憶阻計算技術(shù)的新型微型光譜儀，通過創(chuàng)新性地結(jié)合光子憶阻器與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，為解決光譜儀小型化與高性能難以兼容的行業(yè)難題，為材料科學(xué)、工業(yè)檢測及智能傳感領(lǐng)域帶來關(guān)鍵解決方案。該成果以“Nonlinear Memristive Computational Spectrometer”為題在線發(fā)表在《光：科學(xué)與應(yīng)用(英文)》(《Light: Science & Applications》)期刊，并入選重點推薦文章(Featured Article)。
 

　　光譜分析技術(shù)作為現(xiàn)代科學(xué)的重要表征手段，在材料科學(xué)、工業(yè)檢測及光電傳感領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。近年來，市場對兼具便攜性、測量精度、高光譜分辨率與寬譜段響應(yīng)特性的光譜設(shè)備需求激增。然而，傳統(tǒng)光譜儀受制于復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)架構(gòu)，依賴空間色散元件構(gòu)建的長程傳播路徑，與微型化發(fā)展趨勢形成結(jié)構(gòu)性矛盾，嚴重制約了集成化光譜設(shè)備的工程實現(xiàn)。當(dāng)前微型化技術(shù)路線主要有兩種：一是通過光子晶體、超表面等亞波長結(jié)構(gòu)實現(xiàn)光場調(diào)控；二是用微型干涉系統(tǒng)替代傳統(tǒng)色散式架構(gòu)。盡管上述技術(shù)顯著縮小了設(shè)備體積，但微型化過程普遍伴隨著光譜分辨率降低、動態(tài)范圍收窄及信噪比劣化等問題。
 

　　上海技物所研究團隊首次提出了非線性憶阻計算架構(gòu)，利用鈀離子遷移實現(xiàn)光子憶阻器的動態(tài)能帶調(diào)制，突破了傳統(tǒng)光響應(yīng)矩陣的線性限制。通過構(gòu)建深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重建算法，成功實現(xiàn)光譜特征的高精度解析，在保持設(shè)備微型化(芯片級尺寸)的同時，實現(xiàn)0.18 nm級波長精度與2 nm光譜分辨率，為智能光電子系統(tǒng)提供可重構(gòu)光譜感知新路徑，推動微型光譜儀從靜態(tài)濾波向動態(tài)認知的范式躍遷。
 

　　該研究得到科技部、中國科學(xué)院B類先導(dǎo)專項、國家自然科學(xué)基金委、上海市科委等多個項目的支持。在讀博士生李鑫為第一作者，李冠海研究員為通訊作者。
 

非線性憶阻計算光譜儀的架構(gòu)和基本表征