本发明涉及光谱芯片，具体涉及一种二维单探测器的光谱芯片及光谱重构方法。
背景技术：
1、光谱作为物质的指纹，是人类认知世界的有效手段，在科学研究、生物医药等领域已经有了较为普遍的应用。传统的台式实验室光谱仪系统的高分辨率和宽光谱范围需要体积庞大的光学元件、运动部件和很长的工作路径才能实现，导致仪器体积大、功耗大、成本高、不便于二次开发，难以满足在特殊领域环境下的现场、实时、快速在线检测的应用需求。随着微纳加工以及计算重构技术的发展，科研人员提出了一种基于新型光电探测器无滤波片式光谱重构型光谱芯片技术，该技术采用具有独特的光谱响应特性编码的探测器对入射光进行编码，然后基于优化迭代算法对获取的数据进行解码重构。基于新型光电探测器的重构型光谱芯片具有器件尺寸小、光谱检测范围宽、光谱响应可控性强以及与现有cmos技术兼容等显著优势，为未来微型片上光谱仪的发展提供良好的解决方案。
2、目前基于新型光电探测器的计算重构型光谱芯片普遍采用单纳米线、纳米线阵列或者二维光电材料等新型光电探测器，采用单纳米线的设计是将单纳米线分割为多个探测器单元，通过掺杂调控每个探测器单元的光谱响应来实现光谱分辨测量，其分辨率与探测器单元数量相关；而采用纳米线阵列的设计，则需要复杂的掺杂工艺来实现多光谱探测。而基于二维光电材料的光谱芯片大都采用fet或者异质结结构，芯片尺寸小，但光电响应速率、光谱检测范围及功耗等方面存在的问题都会限制光谱芯片性能。
3、因此，现需要一种高灵敏度、高分辨率、满足智能化测量需求的二维单探测器的光谱芯片及光谱重构方法。
技术实现思路
1、本发明的主要目的在于提供一种二维单探测器的光谱芯片及光谱重构方法，以解决现有技术中光谱芯片功耗高，光谱响应难调控，光谱重构速率慢，不能满足智能化测量需求等问题。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种二维单探测器的光谱芯片，包括：由上至下设置的单层石墨烯、第一介电材料氮化硼bn、第一金电极、二维双极性材料mose2、二维铁电材料、和与二维铁电材料位于同一层的第二金电极、第二介电材料氮化硼bn和si/sio2衬底堆叠而成。
3、进一步地，第一金电极位于二维双极性材料mose2的两端。
4、本发明还提供一种二维单探测器的光谱重构方法，具体包括如下步骤：
5、s1，待测光谱入射到光谱芯片后，被二维光电探测器检测，待测光谱与二维双极性材料相互作用后产生光生载流子，光生载流子由第一金电极收集并产生光电流i，i＝rp，r为二维光电探测器检测到的光谱响应度，p为待测光谱功率。
6、s2，待测光谱被二维光电探测器探测的同时，通过光谱芯片顶层的单层石墨烯施加外加电场ui,其中i＝1,2,3,....m，光谱响应度r(ui,λj)随外加电场变化，其中，i＝1,2,3,....m；j＝1,2,3,....n；得到光谱响应电流iui＝∫r(ui,λj)p(λj)dλ,iui为外加电场为ui时的光谱响应电流，r(ui,λj)为外加电场ui时的光谱响应度，离散化得到光谱响应矩阵x：其中，i＝1,2,3,....m；j＝1,2,3,....n；p(λj)为待测光谱功率。
7、s3，利用条件生成网络ge|x(ω)对待测光谱的进行重构，其中e为随机编码噪声，ω为网络参数，条件生成网络ge|x(ω)包括：信号预处理模块、3×3卷积层、批量归一化层、激活层、三个瓶颈残差模块、空谱联合注意力模块、1×1卷积层和sigmoid层。
8、条件生成网络的损失函数为min||x-x'||，其中x'为通过对输出的重构结果进行谱带提取，生成测量量x'。
9、进一步地，步骤s3中的利用条件生成网络ge|x(ω)对待测光谱的进行重构具体包括如下步骤：
10、s3.1，将随机噪声e和光谱响应矩阵x经过卷积后的特征图级联起来共同作为网络的输入，经过预处理模块处理，预处理模块包括：3×3卷积层和全连接层。
11、s3.2，再经过3×3卷积层、批量归一化层、激活层处理后，输入到三个瓶颈残差模块，进行特征提取。
12、s3.3，输入到空谱联合注意力模块，生成多尺度注意力特征图。
13、s3.4，再经过1×1卷积层进行输出的通道数与原始光谱相同的谱带数匹配。
14、s3.5，最终通过sigmoid层对输出范围值进行限制。
15、s3.6，通过对输出的重构结果进行谱带提取，生成测量量x'，用于求解损失函min∥x-x'∥的值，经过多次迭代，直到损失函数的数值越来越小并趋于稳定。
16、本发明具有如下有益效果：
17、本发明在现有技术基础上，提出了一种基于二维同质p-n结单探测器的光谱芯片设计方法，首先采用具有双极性特性的二维材料，通过铁电调控实现二维同质p-n结自驱动光电探测器制备，该结构光电响应速率快、功耗更低。同时通过铁电场实现对二维光电材料的静电掺杂，能够对材料的带隙及光学性能进行调控，实现更宽范围的光谱检测；其次，借助深度学习算法替代传统的迭代优化算法，提高光谱重构的质量，降低光谱重构所需时间，从软件算法方面提升光谱芯片的性能。
18、本发明提供了一种光谱芯片的结构，实现了具有自驱动效应的同质p-n结光电探测器制备，缩减尺寸同时降低功耗。然后利用外加电场对二维单探测器的光谱响应进行调控，获取光谱测量矩阵，完成对入射光的探测及编码。
19、本发明提出了基于条件生成网络的光谱重构算法模型，该算法模型是一种无需预训练的条件生成网络，以给定的测量量为条件随机生成光谱图，通过优化网络参数，确保网络输出可以根据光谱重构模型与给定的测量紧密匹配，从而使网络可以适应不同的设备，增强网络的适用性，从而提高光谱芯片的光谱分辨能力。
1.一种二维单探测器的光谱芯片，其特征在于，包括：由上至下设置的单层石墨烯、第一介电材料氮化硼bn、第一金电极、二维双极性材料mose2、二维铁电材料、和与二维铁电材料位于同一层的第二金电极、第二介电材料氮化硼bn和si/sio2衬底堆叠而成。
2.根据权利要求1所述的一种二维单探测器的光谱芯片，其特征在于，第一金电极位于二维双极性材料mose2的两端。
3.一种二维单探测器的光谱重构方法，利用权利要求1或2所述的光谱芯片，其特征在于，具体包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种二维单探测器的光谱重构方法，其特征在于，步骤s3中的利用条件生成网络ge|x(ω)对待测光谱的进行重构具体包括如下步骤：
