Minijaturizacija spektrometara na nivou čipa omogućava brzo otkrivanje spektralnih informacija u prenosivim uređajima, otvarajući nove aplikacije. Međutim, integrisani spektrometri obično pate od kompromisa između spektralne rezolucije i optičkog propusnog opsega.
Da bi rešili ovaj problem, naučnici iz Hong Konga razvili su novi tip spektrometra koristeći spregnute rezonatore projektovane disperzijom, koji podsećaju na molekul na dva nivoa. Različiti opsezi slobodnog spektra se identifikuju iz disperzivnog cepanja, što dovodi do rekonstrukcije spektra sa ultravisokom rezolucijom preko ultraširokog propusnog opsega.
Optički spektrometar igra nezamenljivu ulogu u mnogim naučnim i industrijskim primenama, kao što su analiza materijala, biološki sensing, optička tomografija i hiperspektralno snimanje. Konvencionalni stoni spektrometri su podložni mehaničkim vibracijama i nisu pogodni za primenu na terenu van laboratorije.
Integrisani spektrometri, koji su napravljeni od potpuno poluprovodnih fotonskih integrisanih kola, imaju prednosti male veličine, otpornosti na vibracije i potencijalno niske cene. Ipak, većina prijavljenih integrisanih spektrometara pati od inherentnog kompromisa između spektralne rezolucije i radnog opsega. Visoka spektralna rezolucija zahteva dugačku optičku putanju da bi se podržala dovoljna spektralna dekorelacija, što rezultira manjim opsegom slobodnog spektra (FSR).
U novom radu objavljenom u Light: Science & Applications, tim naučnika, predvođen profesorom Hon Ki Tsangom sa Odeljenja za elektronsko inženjerstvo, Kineskog univerziteta u Hong Kongu, razvio je revolucionarni metod koji prevazilazi propusni opseg rezolucije granica u spektrometriji na skali čipa.
Predložena šema je zasnovana na paru identičnih podesivih mikro-prstenastih rezonatora (MRR), u kojima jaka međušupljinska sprega deli svaki rezonantni mod na simetrični i antisimetrični režim. Ovo jedinstveno ponašanje podseća na cepanje na nivou energije u molekulu na dva nivoa koji se sastoji od dva atoma. Zanimljivo je da je snaga razdvajanja modova proporcionalna snazi spajanja.
Kao takav, projektovanjem disperzije „fotonskog molekula“, snaga razdvajanja će varirati u celom propusnom opsegu koji sadrži više FSR-ova. Kada se istovremeno podešavaju dva MRR-a, svaki kanal talasne dužine će proizvesti poseban trag skeniranja, što omogućava rekonstrukciju bilo kog nepoznatog ulaznog spektra.
U eksperimentu, brojni testni spektri sa različitim kompleksnim karakteristikama se dobijaju korišćenjem šeme fotonskih molekula. Demonstrirana spektralna rezolucija je 40 pm u širini opsega od 100 nm. Zanimljivo je da se visoka preciznost rekonstrukcije može održati čak i uz prisustvo termičkih šuma. Autori rada su izjavili:
„Naš spektrometar je novi pristup za snimanje širokopojasnog spektra sa visokom spektralnom rezolucijom. Oslanja se isključivo na par spojenih rezonatora. Uređaj ima veoma nisku potrošnju energije i kompatibilan je sa glavnom tehnologijom nanofotonske proizvodnje.“
„Spektrometar se zasniva na cepanju modova u spregnutim rezonatorima. Ova pojava je analogna cepanju nivoa energije u molekulu sa dva atoma. Naš dizajn ima jednostavnu konfiguraciju i malu veličinu, tako da može biti gusto upakovan sa drugim uređajima. Verujemo da ovaj pristup ima potencijal da se primeni u budućim ručnim ili čak nosivim spektroskopskim senzorima.“
