據液晶太赫茲樂園微信公眾號，于2025年09月11日報道，該文章發表于《PhotoniX》2025 年第 6 卷第 19 期，由暨南大學團隊撰寫，核心是提出基于超表面設計熱輻射源（META 源）的芯片級中紅外光譜傳感技術。
傳統微型光譜儀忽視光源與準直單元的微型化，團隊設計的 META 源整合光源、色散元件與準直單元功能，以硅為基底構建 6×6 金屬 - 介質 - 金屬（MDM）子輻射源陣列，各子輻射源在 8-14μm 波段有特定吸收 / 發射特性且角度不敏感（容忍度達 40°）。
圖1分為兩部分，核心展示了微型化紅外光譜傳感的硬件架構與編碼原理。a 部分為平臺示意圖，核心組件包括 6×6 陣列的子輻射源（META 源）、微型加熱器、液體樣品池和微紅外相機，所有組件同軸放置。其中，META 源基于金屬 - 介質 - 金屬（MDM）超表面修飾黑體，加熱器控制溫度，樣品池位于源與相機之間，通過拍攝子輻射源的紅外圖像，將樣品的光譜吸收信息編碼到圖像中。b 部分展示了單模（SM）和雙模（DM）MDM 超表面的結構示意圖，以及 6×6 子輻射源陣列的熱成像圖，子輻射源以（行號，列號）標注，為后續光譜解碼提供 “二維碼式” 空間坐標。
圖2聚焦單模（SM）和雙模（DM）兩種 MDM 子輻射源的光學性能，驗證其光譜調控能力。a 部分為 6 個 SM 子輻射源的實測吸收光譜，共振波長覆蓋 8.46-13.12μm，線寬 360-750nm，與模擬結果一致（因制備誤差略有吸收下降），對應子輻射源標簽為（5,1）至（5,6）。b 部分為這 6 個 SM 子輻射源在 373K 下的計算發射光譜，發射峰與吸收峰完全匹配，符合基爾霍夫熱輻射理論。c 部分為 6 個 DM 子輻射源的實測吸收光譜，每個子輻射源在目標波長范圍內有兩個共振峰，由大小 Au 圓盤直徑調控。d 部分為 DM 子輻射源在 373K 下的計算發射光譜，發射帶寬比 SM 更寬，平均強度更高，可提升傳感信噪比；圖中插圖為 SM 和 DM 子輻射源的掃描電鏡（SEM）圖像，直觀展示其微觀結構。
圖3通過實驗與模擬對比，驗證熱成像的編碼效果及樣品對成像的影響。a 部分為實驗裝置實物圖，顯示微紅外相機（HIKMICRO P20MAX，分辨率 50mK）、液體池、META 源同軸放置，整體尺寸接近智能手機，相機實時成像可通過手機讀取，體現便攜性。b 部分為四組對比實驗的模擬與實測熱成像：373K 下 SM 子輻射源陣列、373K 下 DM 子輻射源陣列、523K 下 DM 子輻射源陣列、373K 下含花生油樣品的 DM 子輻射源陣列。結果顯示，DM 陣列成像特征更豐富、對比度更高；523K 時因邊緣熱積累，子輻射源邊緣 emissivity 升高（373K 無此現象，故后續實驗設為 373K）；加入花生油后，成像與無樣品時差異顯著，證明樣品吸收可被編碼到圖像中。
圖4展示技術在定性分類與定量檢測中的實際性能，覆蓋有機溶劑、藥物和混合溶液三類場景。a 部分為 6 種有機溶劑（甲醇、乙醇、丙酮等）的 DM 陣列熱成像，每種溶劑成像獨特；通過構建圖像特征數據庫，對 60 個未知樣品分類，準確率達 100%，且單次識別僅需 0.1s。b 部分為 3 種鎮痛藥（阿司匹林、對乙酰氨基酚、布洛芬）的成像與分析，因藥物溶液成像相似度高，采用主成分分析（PCA）降維 + 二次判別分析（QDA）分類，60 個樣品準確率 100%，PCA 得分圖顯示三類樣品形成獨立聚類。c 部分為乙醇 - 環己烷混合溶液的濃度檢測，采用精細樹回歸（FTR）模型，濃度范圍 0-100%，測試集決定系數 R2=0.99，均方根誤差（RMSE）=0.013，跨批次驗證性能穩定，證明定量檢測能力。
圖5驗證 META 源的角度不敏感性，解決傳統光譜儀需準直組件的問題。a 部分為 0-40° 成像角度下 DM 陣列的熱成像，圖像保真度高，且 30 分鐘成像過程穩定，證明系統穩定性。b 部分為子輻射源（1,4）在 0-40° 下的計算吸收光譜，40° 時與 0° 光譜相關性仍 > 0.9，體現角度魯棒性。c 部分為 6 種溶劑在 10-40° 與 0° 成像的相關性，均 > 0.8（高相關區間）。d 部分為基于 0° 數據庫對 300 個不同角度樣品（每種角度 10 張圖）的分類結果，準確率 100%，證明無需準直組件即可實現可靠傳感，適配現場便攜場景。
圖6拓展技術應用場景，展示其光譜成像能力。實驗采用 423K 的 SM META 源（單發射帶簡化數據處理），樣品為 HDPE 薄膜覆蓋的鋼環（鋼環阻擋紅外，HDPE 透射率隨波長變化）。選擇 3 個共振波長分別為 10.89μm、12.19μm、13.89μm 的子輻射源（3,3）、（1,5）、（5,4），對應 HDPE 透射率為 31%、18%、0%。成像結果顯示：10.89μm 和 12.19μm 下可清晰看到鋼環形狀，13.89μm 下因 HDPE 完全不透射，鋼環消失，證明技術可實現波長分辨的光譜成像，潛在用于遙感、防偽等領域。
