近日，紅外科學與技術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、工業(yè)檢測及智能傳感領域帶來關鍵解決方案。該成果以“Nonlinear Memristive Computational Spectrometer”為題在線發(fā)表在《光：科學與應用(英文)》(《Light: Science & Applications》)期刊，并入選重點推薦文章(Featured Article)。
 

　　光譜分析技術作為現(xiàn)代科學的重要表征手段，在材料科學、工業(yè)檢測及光電傳感領域發(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特性的光譜設備需求激增。然而，傳統(tǒng)光譜儀受制于復雜光學系統(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備的工程實現(xiàn)。當前微型化技術路線主要有兩種：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)。盡管上述技術顯著縮小了設備體積，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)光響應矩陣的線性限制。通過構(gòu)建深度神經(jīng)網(wǎng)絡重建算法，成功實現(xiàn)光譜特征的高精度解析，在保持設備微型化(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、中國科學院B類先導專項、國家自然科學基金委、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