近日，浙江大学光电科学与工程学院邱建荣教授与张博博士团队提出一种铌酸锂 "光谱响应像素"（Spectral Response Pixels, SRPs）技术，利用单脉冲超快激光在晶体内部一步写入像素化光谱编码结构，将难以直接测量的光谱信息转化为标准 CMOS 图像传感器可读取的强度信号，为片上集成微型光谱仪的制备提供了全新途径。相关成果以"Spectral Response Pixels in Lithium Niobate for Spectroscopic Applications"为题发表于国际期刊《Advanced Materials》。
光谱表征在物质理化性质分析、医疗诊断、安防监测等领域应用广泛。近年来，基于微纳光子学与算法结合的计算重建光谱技术为开发超紧凑光谱仪开辟了新路径，但器件微缩过程中始终面临三重难题：高精度重建所需的大量编码单元与极限微缩目标相悖；纳米级光子结构依赖电子束光刻等昂贵工艺，效率低、成本高；依靠热、电压或机械力实时重构光谱响应的方案，则带来系统复杂、稳定性下降等问题。
针对上述瓶颈，研究团队利用自主开发的超快激光相变光刻技术，仅通过单发超快激光脉冲照射，即在光学性能优异的铌酸锂晶体内部任意位置精准制备尺寸极其微小的非晶相变区域，即"光谱响应像素"。该像素为各向同性非晶相，嵌于具有强烈本征双折射的铌酸锂晶体中，光波穿过时寻常光与非寻常光产生强烈的相位差突变，结合色偏振效应形成微米级的频率依赖性光学干涉，从而实现对入射光谱的高效编码。
实验表明，该技术优势突出：单个像素尺寸小至 5×5 平方微米，工作波段覆盖 400—1550 纳米（可见至近红外）；无需外部调制与额外封装，透射、反射双模式均可工作，对入射光角度容忍度达 12°；结构被坚固的无机晶格完全包裹，可耐受 5 兆帕高压、60% 硝酸腐蚀、400 摄氏度高温及零下 60 摄氏度低温等苛刻环境。基于空间像素池化算法，团队构建的片上集成微型光谱仪在可见光波段实现高精度光谱重建，平均波长误差仅 0.20 纳米，光谱分辨能力达到约 8400。
在此基础上，团队将该光谱系统与传统指纹识别结合，开发出双模态活体指纹识别系统：在采集指纹图像的同时同步获取反射光动态光谱，利用人体氧合血红蛋白在 542 纳米和 577 纳米处的特征吸收峰及随心跳的周期性强度波动提取"活体光谱指纹"。实验证明，即便是内部填充肤色染料的高仿硅胶假指纹，也能被系统有效识破。该技术以极低的硬件成本实现无源、宽带、高稳定的光谱编码，为高安全等级防伪系统、无创生理监测及智能可穿戴设备的开发奠定了基础。
