مقاله مقایسه طیف‌سنج بازسازی‌کننده با حفره‌های چند تشدید

چکیده

Recent years have seen the rapid development of miniaturized reconstructive spectrometers (RSs), yet they still confront a range of technical challenges, such as bandwidth/resolution ratio, sensing speed, and/or power efficiency. Reported RS designs often suffer from insufficient decorrelation between sampling channels, which results in limited compressive sampling efficiency, in essence, due to inadequate engineering of sampling responses. This in turn leads to poor spectral-pixel-to-channel ratios (SPCRs), typically restricted at single digits. So far, there lacks a general guideline for manipulating RS sampling responses for the effectiveness of spectral information acquisition. In this study, we shed light on a fundamental parameter from the compressive sensing theory – the average mutual correlation coefficient v – and provide insight into how it serves as a critical benchmark in RS design with regards to the SPCR and reconstruction accuracy. To this end, we propose a novel RS design with multi-resonant cavities, consisting of a series of partial reflective interfaces. Such multi-cavity configuration offers an expansive parameter space, facilitating the superlative optimization of sampling matrices with minimized v. As a proof-of-concept demonstration, a single-shot, dual-band RS is implemented on a SiN platform, tailored for capturing signature spectral shapes across different wavelength regions, with customized photonic crystal nanobeam mirrors. Experimentally, the device demonstrates an overall operation bandwidth of 270 nm and a <0.5 nm resolution with only 15 sampling channels per band, leading to a record high SPCR of 18.0. Moreover, the proposed multi-cavity design can be readily adapted to various photonic platforms. For instance, we showcase that by employing multi-layer coatings, an ultra-broadband RS can be optimized to exhibit a 700 nm bandwidth with an SPCR of over 100.

چکیده به فارسی (ترجمه ماشینی)

سالهای اخیر شاهد توسعه سریع طیف سنجهای بازسازی مینیاتوریزه (RSS) بوده است ، اما آنها هنوز هم با طیف وسیعی از چالش های فنی ، مانند نسبت پهنای باند/وضوح ، سرعت سنجش و/یا بهره وری قدرت روبرو هستند.طرح های RS گزارش شده غالباً از دکوراسیون کافی بین کانال های نمونه برداری رنج می برند ، که منجر به کارآیی نمونه گیری فشاری محدود می شود ، در اصل ، به دلیل مهندسی ناکافی پاسخ های نمونه برداری.این به نوبه خود منجر به نسبت های ضعیف پیکسل به کانال (SPCR) می شود ، که به طور معمول در رقم های تک محدود می شوند.تاکنون ، فاقد یک راهنمای کلی برای دستکاری پاسخ های نمونه برداری RS برای اثربخشی کسب اطلاعات طیفی است.در این مطالعه ، ما یک پارامتر اساسی از تئوری سنجش فشاری – میانگین ضریب همبستگی متقابل V – روشن می کنیم و بینشی در مورد نحوه استفاده از آن به عنوان یک معیار مهم در طراحی RS با توجه به SPCR و دقت بازسازی ارائه می دهیم.برای این منظور ، ما یک طراحی RS جدید با حفره های چند رزونانس ، متشکل از یک سری رابط های بازتاب جزئی را پیشنهاد می کنیم.چنین پیکربندی چند ماهر یک فضای پارامتر گسترده را ارائه می دهد ، و بهینه سازی فوق العاده ماتریس های نمونه گیری با حداقل V. را به عنوان یک تظاهرات اثبات مفهوم تسهیل می کند ، یک باند تک شات ، RS بر روی یک سکوی گناه ، متناسب با ضبط اجرا می شود.اشکال طیفی امضای در مناطق مختلف طول موج ، با آینه های نانوبام کریستالی فوتونیک سفارشی.از نظر تجربی ، این دستگاه پهنای باند عملکرد کلی 270 نانومتر و وضوح <0.5 نانومتر با تنها 15 کانال نمونه برداری در هر باند را نشان می دهد و منجر به رکورد SPCR بالا 18.0 می شود.علاوه بر این ، طراحی چند ماهه پیشنهادی را می توان به راحتی با سیستم عامل های مختلف فوتونی سازگار کرد.به عنوان مثال ، ما نشان می دهیم که با استفاده از پوشش های چند لایه ، می توان RS فوق العاده بازبینی RS را برای نمایش پهنای باند 700 نانومتری با SPCR بیش از 100 بهینه کرد. [sc name="paperTranslation2"][/sc]