光谱学技术广泛用于研究光和物质之间波长依赖的相互作用。光谱仪的灵敏度主要取决于其中的探测器。在所有种类的单光子探测器中，超导纳米线单光子探测器 （SNSPD） 是一个很有前途的选择。它不仅提供了出色的性能，例如，从紫外线到中红外的光谱响应范围，近乎100%的探测效率，小于3 ps的时间抖动，高计数速率，以及可忽略不计的暗计数，还可以与纳米光电路实现片上集成。结合高性能的SNSPD，这些光谱仪在极端弱光环境下有着重要的作用，例如生物荧光成像、激光光谱雷达和天文观测。当前的SNSPD光谱仪主要通过集成一些色散或干涉元件来实现，存在无法光谱通道数有限、结构复杂、制备困难等不足。
SNSPD的量子效率与入射光波长和偏置电流有着非线性的依赖关系Φ——不同的偏置电流下，光谱响应范围不一样；并且，随着偏置电流的增大，光谱响应区间会向长波长拓展（图1 c,d,e）。利用SNSPD这样独特的性质，南京大学团队基于计算光谱学策略，设计了一种高度集成的单探测器光谱仪(图 1 b)。首先测量过程建立了入射光谱x和不同偏置电流下的光子计数y之间的映射关系Φx=y，然后通过计算重构就可以获得入射光谱信息x(图 1 a)。它仅仅用了一个超导单光子探测器，就实现了从可见光到短波红外的高分辨率的光谱测量。无需任何波长复用元件，大大低结构复杂度和器件物理尺寸。
图1光谱仪原理
同时，得益于皮秒量级的单光子时间探测精度，团队实现了一种8通道的激光光谱雷达，可以同时获得目标的强度、深度和光谱信息(图2)。
图2多光谱激光雷达
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c03393#.YYKTamOEQ_o.wechat