Negli ultimi anni, la miniaturizzazione degli spettrometri basati sulla codifica spettrale spaziotemporale e su tecniche di calcolo numerico ha guadagnato un'attenzione diffusa. Tuttavia, progetti complessi di dispersori insieme a materiali avanzati e tecnologie di produzione di precisione sono alla base principalmente dei progetti miniaturizzati esistenti. Inoltre, i complessi problemi di calibrazione legati alla codifica spettrale impediscono ulteriormente la generalizzazione della semplicità e della miniaturizzazione.

In una recente svolta, il Prof. Shiyuan Liu e il suo gruppo presso l'Università di Scienza e Tecnologia di Huazhong hanno incorporato il principio ottico fondamentale della "decomposizione in modalità coerente della diffrazione a banda larga" nella loro esplorazione delle tecniche di misurazione spettrale. Il loro lavoro ha portato allo sviluppo di uno spettrometro computazionale basato sulla diffrazione eccezionalmente snello.

I risultati della ricerca, intitolati "Spettrometro computazionale basato sulla diffrazione ultra semplificata", sono stati pubblicati in Light:Science &Applications e ha ottenuto il riconoscimento come copertina.

"Presentiamo un progetto di spettrometro nuovo e semplice basato sulla mappatura di diffrazione da uno a banda larga per la codifica spettrale. Il nostro approccio innovativo incorpora un foro stenopeico di forma arbitraria come dispersore parziale basato sulla diffrazione, posizionato davanti al rilevatore. Ciò elimina la necessità per intricati progetti di pre-codifica, rendendo lo spettrometro ultra-semplificato e altamente conveniente, con un dispositivo dispersore centrale al prezzo di quasi un dollaro," dicono gli scienziati.

"Con una sola acquisizione dell'immagine di diffrazione a banda larga, possiamo determinare con precisione lo spettro della luce incidente. Questo risultato è reso possibile attraverso la scomposizione in modalità coerente dell'immagine a banda larga catturata. In particolare, abbiamo introdotto un metodo di mappatura innovativo basato su funzione di diffusione dei punti basata sullo spettro derivata da una singola acquisizione di un'immagine di diffrazione monocromatica. Questa mappatura consente la generazione di una funzione di risposta spettrale completa nella codifica spaziotemporale spettrale, eliminando la necessità di progettazione pre-codifica, fabbricazione complessa ad alta precisione o calibrazione di. la funzione di risposta spettrale completa," aggiungono.

"Il nostro spettrometro sviluppato ha dimostrato una precisione della localizzazione del picco spettrale ricostruito migliore di 1 nm su una larghezza di banda di 200 nm e una risoluzione del picco spettrale di 3 nm, in un ingombro compatto inferiore a mezzo pollice. Ciò rappresenta la prima dimostrazione di un progetto di spettrometro che integra una struttura di diffrazione ultra-semplificata e dalla forma arbitraria," spiegano.

"Il nostro design consente misurazioni dello spettro a colpo singolo su un'ampia gamma di lunghezze d'onda, dall'ultravioletto all'infrarosso, con integrazione miniaturizzata lab-on-chip. Questo progresso è fondamentale per le applicazioni portatili, offrendo elevata robustezza, basso costo e stabilità a lungo termine. "