这台光谱仪比单个像素更小，却能观测人眼不可见之物

"光谱仪是帮助我们理解各种材料化学与物理性质的关键工具，其原理基于光与物质相互作用时产生的变化，"北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程教授、本研究论文通讯作者布伦丹·奥康纳表示。"这类仪器在从制造业到生物医学诊断的诸多领域均有应用。但当前市面最小型的光谱仪仍显笨重。

"我们开发的光谱仪具有快速响应、低工作电压和宽光谱敏感度特性，"奥康纳指出。"我们的演示原型尺寸仅数平方毫米——可集成于手机。若需要，可将其缩小至单个像素大小。"

该技术采用微型光电探测器，可在光线与目标材料作用后感应其波长。通过对探测器施加不同电压，可调控其最敏感的光谱波段。

"若对光电探测器快速施加系列电压，并记录各电压下捕获的所有光波长数据，通过简易计算程序即可精确重构透过或经目标材料反射的光谱特征，"奥康纳解释道。"电压调节范围小于1伏特，全过程耗时不足1毫秒。"

既往微型光电探测器尝试多依赖复杂光学结构、需高电压驱动，或无法实现同等宽谱灵敏度。

在概念验证测试中，研究人员证实其像素级光谱仪的精度与传统光谱仪相当，灵敏度可媲美商用光电探测设备。

"长远目标是将光谱仪引入消费市场，"奥康纳强调。"其微型化尺寸与低能耗特性使其可集成于智能手机，这将开启诸多创新应用场景。从科研角度看，该技术还为成像光谱、显微光谱及其他实验室应用提供了新的技术路径。"

题为《基于偏压可调串联有机光电探测器的单像素光谱仪》的论文发表于Device期刊。论文第一作者为北卡州立大学前博士生哈里·施里克。合著者包括：北卡州立大学前博士生阿卜杜拉·阿尔沙菲、前本科生迦勒·摩尔、博士生裴宇森、材料科学与工程系沃尔特与艾达·弗里曼杰出教授Franky So、电气与计算机工程系约翰与凯瑟琳·阿梅因家族杰出教授迈克尔·库德诺夫。

本研究获得美国国家科学基金会（资助号：1809753、2324190）及海军研究办公室（资助号：N000142412101）支持。