IT之家 5 月 3 日消息，近日，中國(guó)科學(xué)院南京天文光學(xué)技術(shù)研究所天文光子學(xué)團(tuán)隊(duì)在面向天文觀測(cè)的高分辨大寬帶集成光子光譜儀研究方面取得新進(jìn)展。

IT之家從文章獲悉，團(tuán)隊(duì)提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于級(jí)聯(lián)相位調(diào)制波導(dǎo)陣列芯片與正交色散模塊相結(jié)合的混合色散集成光子光譜儀（圖 1 所示），在 500 cm3 量級(jí)體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)了超過(guò) 25000 的光譜分辨率和超過(guò) 180 nm 的工作帶寬，并首次利用高分辨集成光子光譜儀實(shí)現(xiàn)了近紅外太陽(yáng)夫瑯禾費(fèi)線觀測(cè)。相關(guān)成果發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊 Photonics Research 上（DOI : 10.1364/PRJ.582324）。

▲ 圖 1?高分辨率大寬帶集成芯片光譜儀系統(tǒng)的總體示意圖

團(tuán)隊(duì)采用低損耗氮化硅平臺(tái)完成了光譜芯片制備，芯片尺寸僅為 9.6 mm × 3.2 mm。系統(tǒng)集成后，整體光學(xué)組件體積小于 500 cm3，相比傳統(tǒng)米級(jí)太陽(yáng)光譜儀體積縮小超過(guò)三個(gè)數(shù)量級(jí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該集成光譜儀在工作范圍內(nèi)分辨本領(lǐng)整體超過(guò) 20000，在光譜中心附近最高達(dá)到約 26500，當(dāng)前系統(tǒng)總光譜覆蓋范圍約為 180nm。通過(guò)優(yōu)化成像光學(xué)系統(tǒng)和采用更大面陣探測(cè)器，未來(lái)工作帶寬有望進(jìn)一步拓展至數(shù)百納米（圖 2 所示）。

▲ 圖 2?光譜分辨率和實(shí)測(cè)太陽(yáng)光譜圖

在天文觀測(cè)驗(yàn)證方面，研究團(tuán)隊(duì)利用定天鏡系統(tǒng)將太陽(yáng)光引入實(shí)驗(yàn)室，并通過(guò)物鏡耦合至單模光纖后輸入光譜芯片（圖 3 所示）。系統(tǒng)成功獲取了近紅外太陽(yáng)吸收光譜，并清晰識(shí)別出位于 1564.85 nm 和 1565.29 nm 的 Fe I 太陽(yáng)夫瑯禾費(fèi)吸收線，同時(shí)觀測(cè)到多條鄰近 H?O 吸收特征（圖 4 所示）。這兩條 Fe I 譜線是太陽(yáng)物理研究中重要的近紅外磁敏感譜線，常用于太陽(yáng)磁場(chǎng)反演和塞曼分裂診斷。該結(jié)果表明，集成光子光譜儀不僅能夠完成實(shí)驗(yàn)室條件下的高分辨光譜測(cè)量，也具備面向真實(shí)天文觀測(cè)場(chǎng)景的應(yīng)用潛力。

▲ 圖 3?定天鏡系統(tǒng)和實(shí)測(cè)集成光子光譜儀系統(tǒng)

▲ 圖 4?基于集成光子光譜儀測(cè)量的太陽(yáng)近紅外光譜

該研究證明了高分辨率、大帶寬、高精度和小型化可以在集成光子光譜儀中同時(shí)實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)高分辨天文光譜儀相比，該系統(tǒng)在體積、可復(fù)制性和模塊化擴(kuò)展方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。未來(lái)，該技術(shù)有望進(jìn)一步應(yīng)用于多目標(biāo)光譜觀測(cè)、積分視場(chǎng)光譜儀以及空間平臺(tái)小型化高分辨光譜載荷。

研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中國(guó)科學(xué)院相關(guān)項(xiàng)目的支持。

參考