近日，華中科技大學(xué)集成電路學(xué)院張建兵副教授團(tuán)隊(duì)在光譜傳感芯片及微型光譜儀領(lǐng)域的研究成果發(fā)表在Advanced Photonics Nexus，題為“Robust spectral reconstruction algorithm enables quantum dot spectrometers with subnanometer spectral accuracy”，華中科技大學(xué)為論文的第一和通訊單位，張建兵副教授為通訊作者，2021級(jí)碩士生馬雯凱和2020級(jí)本科生薛謙為論文共同第一作者。

光譜是物質(zhì)的“指紋”，可用來(lái)識(shí)別物質(zhì)，是重要的感知手段。隨著人工智能的飛速發(fā)展，環(huán)境感知的需求日益迫切。在視覺(jué)感知的基礎(chǔ)上增加一個(gè)新的信息維度——光譜，可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的準(zhǔn)確識(shí)別，將成為智能感知的必然趨勢(shì)。然而，現(xiàn)有的光譜傳感工具（光譜儀）普遍存在體積大、難以集成的問(wèn)題，亟需發(fā)展光譜儀微型化方案。計(jì)算光譜學(xué)是極具發(fā)展?jié)摿Φ姆桨福渫ㄟ^(guò)引入算力降低對(duì)光學(xué)元件的要求，可在保證光譜儀性能的基礎(chǔ)上顯著縮小體積，達(dá)到芯片級(jí)。然而，計(jì)算光譜儀在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中往往受到噪聲的影響，導(dǎo)致光譜重建的準(zhǔn)確性受到限制。因此，開發(fā)一種既能有效抗噪聲，又具有良好遷移性的算法，對(duì)于推動(dòng)計(jì)算光譜儀或光譜傳感芯片的發(fā)展具有重要意義。

針對(duì)上述問(wèn)題，張建兵副教授團(tuán)隊(duì)提出了一種新的光譜重建算法——TKVA算法，結(jié)合量子點(diǎn)濾光編碼，開發(fā)了一款具有亞納米光譜分辨精度的量子點(diǎn)光譜傳感芯片及其微型光譜儀。該算法結(jié)合了Tikhonov正則化、全變差（TV）正則化和交替方向乘子法（ADMM），顯著提高了光譜傳感芯片的噪聲容忍度和光譜分辨精度，結(jié)合插值技術(shù)，在400-800 nm范圍內(nèi)展示了2 nm的光譜分辨率與0.1 nm的光譜分辨精度，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)際窄帶光譜與寬帶光譜的準(zhǔn)確測(cè)量，在同類型芯片中，各項(xiàng)性能指標(biāo)處于國(guó)際先進(jìn)水平。

光譜傳感芯片是新型光譜感知技術(shù)，便于集成和二次開發(fā)，在各種人工智能系統(tǒng)或智能感知微系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。這些結(jié)果為進(jìn)一步開發(fā)光譜傳感芯片的應(yīng)用及光譜成像芯片的研究奠定了良好基礎(chǔ)。

來(lái)源：HUST集成電路學(xué)院