De miniaturisering van spectroscopische meetapparatuur opent nieuwe informatiekanalen in de medische wetenschap en consumentenelektronica. Wetenschappers van de Universiteit van Stuttgart, Duitsland, ontwikkelde een 3D-geprinte miniatuur spectrometer met een volume van 100 bij 100 bij 300 m ³ en een spectrale resolutie tot 10 nm in het zichtbare bereik. Deze spectrometer kan direct op camerasensoren worden vervaardigd, en een parallelle opstelling zorgt voor snelle ("snapshot") en onopvallende, zeer aanpasbare hyperspectrale camera's.

Femtosecond direct laser schrijven als 3D-printtechnologie is de afgelopen jaren een van de belangrijkste bouwstenen geweest voor miniaturisatie. Het heeft het veld van complexe micro-optica sinds het begin van de jaren 2000 getransformeerd. Medische techniek en consumentenelektronica profiteren van deze ontwikkelingen. Het is nu mogelijk om robuuste, monolithische en bijna perfect uitgelijnde vrije vorm optische systemen op bijna willekeurige substraten zoals beeldsensoren of optische vezels.

Tegelijkertijd, de miniaturisering van spectroscopische meetapparatuur is gevorderd met quantum dot- en nanodraadtechnologie. Deze zijn gebaseerd op computationele benaderingen, die het nadeel hebben dat ze kalibratiegevoelig zijn en complexe reconstructiealgoritmen vereisen.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Licht:geavanceerde productie , een team van wetenschappers, onder leiding van professor Alois Herkommer van het Institute of Applied Optics en professor Giessen van het 4th Physics Institute, Universiteit van Stuttgart, Duitsland, hebben een hoekongevoelige 3D-geprinte miniatuurspectrometer gedemonstreerd met een direct gescheiden ruimtelijk-spectrale respons. Het heeft een volume van minder dan 100 bij 100 bij 300 m ³ .

Het ontwerp is gebaseerd op een klassieke roosterspectrometer en is vervaardigd via direct laserschrijven met twee fotonen in combinatie met een superfijn inkjetproces. Het op maat gemaakte en getjilpeerde hoogfrequente rooster maakt sterk dispersief gedrag mogelijk. De miniatuurspectrometer heeft een golflengtebereik in het zichtbare van 490 nm tot 690 nm. Het heeft een spectrale resolutie van 9,2 ± 1,1 nm bij 532 nm en 17,8 nm ± 1,7 nm bij een golflengte van 633 nm.

Hoofdauteur Andrea Toulouse zegt:"Met een volume van minder dan 100 bij 100 bij 300 m ³ we verkennen een geheel nieuw maatbereik voor directe spectrometers. Een orde van grootte van deze kleine omvang kon tot nu toe alleen worden gerealiseerd door computationele benaderingen. In tegenstelling tot, we vertalen het spectrum direct in een ruimtelijk gecodeerd intensiteitssignaal dat kan worden uitgelezen met een commerciële monochromatische beeldsensor."

"Voor 3D-geprinte micro-optica, de complexiteit van het optische ontwerp markeert een innovatie. refractief, diffractieve en ruimtelijk filterende elementen zijn nog nooit in zo'n klein volume gecombineerd om een ​​complex en monolithisch meetsysteem te creëren."

"Onze spectrometer zou direct op een miniatuurbeeldsensor kunnen worden gefabriceerd als de punt van een distale chip-endoscoop. gebieden in het menselijk lichaam kunnen worden onderzocht met extreem hoge buigstralen die voorheen niet toegankelijk waren", voorspellen de wetenschappers. "Het zou ook een interessante benadering kunnen zijn voor hyperspectrale beeldvorming waarbij de spectrometer zou worden gebruikt als een eenheidscel (macropixel). De herverdeling van spectrale energie in plaats van Fabry-Perot-filtering met hoog verlies zou dus zeer efficiënte hyperspectrale beeldsensoren mogelijk kunnen maken. De steeds groeiende wereldbevolking zou baat kunnen hebben bij een dergelijke camera als deze zou worden gebruikt voor spectrale kartering in precisielandbouw, bijvoorbeeld."