一种微型化的级联二极管阵列光谱成像仪

《Nature Photonics》：A miniaturized cascaded-diode-array spectral imager

本设计采用垂直堆叠n-p-n光电二极管阵列，结合AlGaN和GaN异质结构实现电调谐光谱成像，波长精度达0.62 nm，响应时间<10 ns，成功区分四类有机薄膜，为低成本便携式光谱系统提供可扩展制造方案。

　　

摘要

光谱成像是一项关键技术，用于分析输入光信号的光谱和空间信息，既适用于科学研究，也适用于工业应用。传统的成像系统通常包含带有笨重光学元件和活动机械部件的光谱仪，这限制了其小型化和芯片集成，而这两者对于原位光谱分析和高速光谱成像至关重要。这一挑战促使人们致力于开发高度集成的成像设备和小型光谱仪，以实现便携式和可集成的光谱成像系统。受到片上数码相机概念的成功启发，我们基于垂直级联的n–p–n光电二极管阵列设计了一种微型化片上光谱成像器。该设备采用了具有活性区成分梯度分布的AlGaN基n–p二极管，以及GaN基p–n二极管。我们的概念验证配置实现了250纳米至365纳米范围内的电调谐光谱测量，这一光谱范围此前无法通过微型化片上光谱成像器实现。该设备达到了0.62纳米的高峰值波长精度和小于10纳秒的响应时间。我们展示了一个10×10的级联二极管阵列，可用于直接进行光谱成像，并实现高质量的光谱到空间映射。通过单次成像，我们能够区分同一基底上四种有机材料的薄膜。我们的工作为低成本制造和集成光谱成像器到便携式系统中开辟了一条可扩展的途径。