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Compact High Resolution Speckle Spectrometer by Using Linear Coherent Integrated Network on Silicon Nitride Platform at 776 nm
Laser & Photonics Reviews ( IF 9.8 ) Pub Date : 2021-08-21 , DOI: 10.1002/lpor.202100039 Zunyue Zhang 1 , Yuan Li 1 , Yi Wang 1 , Zejie Yu 2 , Xiankai Sun 1 , Hon Ki Tsang 1
Laser & Photonics Reviews ( IF 9.8 ) Pub Date : 2021-08-21 , DOI: 10.1002/lpor.202100039 Zunyue Zhang 1 , Yuan Li 1 , Yi Wang 1 , Zejie Yu 2 , Xiankai Sun 1 , Hon Ki Tsang 1
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Motivated by applications in mobile optical sensing, ultracompact high-resolution integrated spectrometers have attracted much interest. Here, a high-resolution integrated speckle spectrometer, comprising a linear coherent network formed by mutually coupled Mach–Zehnder interferometers and nonidentical microring resonators, is proposed and demonstrated. Deep-etched grating lines used as mirrors on the edges of the coherent network increase the effective optical path lengths. The speckle spectrometer is realized on a silicon nitride platform, operating at 776 nm central wavelength. The eight-in−eight-out linear coherent network provides 64 physical channels. Fine spectral lines separated by 20 pm are experimentally resolved within a device footprint of 520 µm × 220 µm. Compressive sensing is achieved for sparse spectra over a wide optical bandwidth. Up to 600 distinctive wavelength channels can be reconstructed from the 64 physical channels, giving 12 nm operating bandwidth. Both sparse spectra and continuous spectra are well reconstructed experimentally. The integrated speckle spectrometer has great potential for use in future biosensing and bioimaging applications where high spectral resolution is desired.
中文翻译：
在 776 nm 氮化硅平台上使用线性相干集成网络的紧凑型高分辨率散斑光谱仪
受移动光学传感应用的推动，超紧凑型高分辨率集成光谱仪引起了人们的极大兴趣。在这里，提出并演示了一种高分辨率集成散斑光谱仪，包括由相互耦合的马赫-曾德干涉仪和不同的微环谐振器形成的线性相干网络。在相干网络边缘用作反射镜的深蚀刻光栅线增加了有效光路长度。散斑光谱仪在氮化硅平台上实现，工作在 776 nm 中心波长。八进八出线性相干网络提供64个物理通道。在 520 µm × 220 µm 的器件占位面积内，通过实验分辨出间隔 20 pm 的精细谱线。压缩传感是针对宽光学带宽上的稀疏光谱实现的。最多可以从 64 个物理通道重建 600 个不同的波长通道，从而提供 12 nm 的工作带宽。稀疏光谱和连续光谱都通过实验得到了很好的重建。集成散斑光谱仪在未来需要高光谱分辨率的生物传感和生物成像应用中具有巨大的潜力。
更新日期：2021-08-21
中文翻译：
在 776 nm 氮化硅平台上使用线性相干集成网络的紧凑型高分辨率散斑光谱仪
受移动光学传感应用的推动，超紧凑型高分辨率集成光谱仪引起了人们的极大兴趣。在这里，提出并演示了一种高分辨率集成散斑光谱仪，包括由相互耦合的马赫-曾德干涉仪和不同的微环谐振器形成的线性相干网络。在相干网络边缘用作反射镜的深蚀刻光栅线增加了有效光路长度。散斑光谱仪在氮化硅平台上实现，工作在 776 nm 中心波长。八进八出线性相干网络提供64个物理通道。在 520 µm × 220 µm 的器件占位面积内，通过实验分辨出间隔 20 pm 的精细谱线。压缩传感是针对宽光学带宽上的稀疏光谱实现的。最多可以从 64 个物理通道重建 600 个不同的波长通道，从而提供 12 nm 的工作带宽。稀疏光谱和连续光谱都通过实验得到了很好的重建。集成散斑光谱仪在未来需要高光谱分辨率的生物传感和生物成像应用中具有巨大的潜力。
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