光谱仪是各个研究领域的重要科学仪器，一直是基础研究不可或缺的工具。然而，传统光谱仪体积庞大，对经济高效且紧凑的移动平台提出了挑战。
近年来，基于光谱时空编码和数值计算技术的小型化光谱仪受到广泛关注。然而，复杂的分散器设计以及先进的材料和精密制造技术主要支撑现有的小型化设计。此外，与频谱编码相关的复杂校准问题进一步阻碍了简单性和小型化的推广。
华中科技大学刘世元教授及其团队最近取得突破性进展，将“宽带衍射的相干模分解”的基本光学原理融入到光谱测量技术的探索中。他们的工作导致了一种极其精简、基于衍射的计算光谱仪的开发。
该研究成果题为“基于超简化衍射的计算光谱仪”，已发表在《光：科学与应用》杂志上，并作为封面论文获得认可。
“我们提出了一种新颖且简单的光谱仪设计，基于用于光谱编码的一对宽带衍射映射。我们的创新方法将任意形状的针孔作为基于衍射的部分色散器，放置在探测器前面。这消除了用于复杂的预编码设计，使光谱仪变得极其简化且极具成本效益，核心分散器设备的价格接近一美元，”科学家们说。
“只需一次捕获宽带衍射图像，我们就可以准确地确定入射光光谱的光谱。这一成就是通过捕获的宽带图像的相干模式分解实现的。值得注意的是，我们引入了一种基于基于光谱的点扩散函数源自单色衍射图像的单次捕获。这种映射使得能够在光谱时空编码中生成完整的光谱响应函数，从而无需预编码设计、复杂的高精度制造或校准完整的光谱响应函数，”他们补充道。
“我们开发的光谱仪在半英寸以下的紧凑占地面积内，在 200 nm 的带宽和 3 nm 的光谱峰值分辨率上展示了优于 1 nm 的重建光谱峰值定位精度。这是光谱仪设计的首次演示，集成了超简化且任意形状的衍射结构，”他们解释道。
“我们的设计能够在从紫外线到红外线的宽波长范围内进行单次光谱测量，并具有小型化的片上实验室集成。这一进步对于便携式应用至关重要，可提供高稳健性、低成本和长期稳定性。 ”
