針對上述問題，上海科技大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院鄒毅教授團(tuán)隊提出一種微腔耦合光子晶體波導(dǎo)(Microcavity-Coupled Photonic Crystal Waveguide，MPCW)協(xié)同架構(gòu)，在硅基絕緣體平臺實現(xiàn)高性能中紅外片上計算光譜儀。該架構(gòu)將光子晶體波導(dǎo)的高色散帶邊響應(yīng)與微腔諧振器的窄帶光譜特征相結(jié)合，通過協(xié)同構(gòu)建高維光譜編碼信息，大幅提升了系統(tǒng)的光譜采樣能力和信息利用效率。研究以“An efficient mid-infrared computational spectrometer based on synergistic microcavity-coupled photonic crystal waveguides” 為題發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》(Nature Communications)。
 

　　在器件設(shè)計方面，通過采用漸變光子晶體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)降低反射損耗，并引入L21型光子晶體微腔豐富光譜響應(yīng)特征，使系統(tǒng)能夠在同一波段內(nèi)同時獲取帶邊響應(yīng)信息和諧振響應(yīng)信息，實現(xiàn)更加高效的光譜編碼。為進(jìn)一步拓展工作帶寬，團(tuán)隊在單芯片上集成8組具有不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的MPCW單元，并通過多級分束網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)光信號均勻分配。同時，利用光子晶體慢光效應(yīng)增強(qiáng)熱光調(diào)諧效率，實現(xiàn)低功耗光譜掃描。
 

　　結(jié)合基于子空間投影的交替優(yōu)化方法，使用該系統(tǒng)對若干具有不同特征的光譜進(jìn)行了重建。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠在中紅外波段100 nm工作帶寬內(nèi)恢復(fù)單峰、雙峰、寬帶、寬窄帶混合光譜、CO?氣體吸收譜等復(fù)雜光譜信息，并成功分辨間隔僅為0.5 nm的雙激光譜峰，實現(xiàn)0.5 nm光譜分辨率。
 

　　同時，得益于光子晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)異的色散調(diào)控能力以及計算光譜技術(shù)的信息編碼優(yōu)勢，該平臺具有良好的工藝兼容性和波段擴(kuò)展能力，實驗證明該設(shè)計可通過簡單縮放靈活適配1.3–3.5 μm 的近紅外和中紅外波段。該研究為高性能中紅外集成光譜芯片的發(fā)展提供了新的技術(shù)路線，并有望在氣體傳感、生物醫(yī)學(xué)檢測和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
 

　　上?？萍即髮W(xué)是該工作的第一完成單位，信息學(xué)院博士研究生夏利鵬和孫雨漢為論文共同第一作者。上科大信息學(xué)院鄒毅教授、新加坡國立大學(xué)Chengkuo Lee教授、哈爾濱工業(yè)大學(xué)徐小川教授、上海大學(xué)馬逸明教授為論文共同通訊作者。上科大數(shù)學(xué)所姜嘉驊教授和信息學(xué)院葉朝峰教授對該工作進(jìn)行了指導(dǎo)。該研究得到了上?？萍即髮W(xué)材料器件中心和電子學(xué)科平臺的支持。
 

　　引用：信息學(xué)院鄒毅團(tuán)隊在中紅外集成計算光譜領(lǐng)域取得重要進(jìn)展 上?？萍即髮W(xué) 【引用時間2026年7月1日】