前沿透視:Science - 系統性總結光譜儀微型化的技術方案和發展歷程

2021-03-01 今日新材料

近日，由浙江大學信息與電子工程學院楊宗銀研究員第一次系統性地總結了光譜儀微型化的技術方案和發展歷程，具有非常高的影響力。光譜儀可測量物質吸收或者發射的譜線，從而對其成分及結構進行分析，是科學研究和工業應用中最常用的測量工具之一。傳統的光譜儀結構複雜，體積龐大，便攜性較差，極大阻礙了其在日常生活中的應用，因此光譜儀的微型化引起了廣泛關注。文章全面總結了過去三十年微型光譜儀的發展歷程，將微型光譜儀技術路線歸納為色散型dispersive optics、窄帶濾光型narrowband filters、傅立葉變換型Fourier transform和計算光譜reconstructive這四大類。基於色散分光原理的光譜儀具有非常高的解析度和靈敏度，這也是傳統光譜儀所沿用的技術路線。早期色散型微型光譜儀通過簡化光路，減小光學元件和探測器的尺寸來實現微型化。該技術路線將大大降低光譜儀的性能，例如縮短光路將導致入射光無法在探測器前有效分光，取消準直透鏡則使得入射光無法在探測器陣列上形成銳利的像，從而導致光譜解析度的降低。為此，研究人員開發了同時具有準直和色散功能的器件來提高光譜解析度，例如將凹面鏡和光柵結合的凹面光柵，再如和菲涅爾透鏡結合的菲涅爾光柵，這兩種結構目前已經應用於商用微型光譜儀上。除了簡化光路和減小元件尺寸，還可以通過引入波導結構來進一步壓縮光路。

文獻連結：
https://science.sciencemag.org/content/371/6528/eabe0722

原文連結：
https://www.toutiao.com/i6924102173349577227/?tt_from=weixin&utm_campaign=client_share&wxshare_count=1&timestamp=1612172724&app=news_article&utm_source=weixin&utm_medium=toutiao_ios&use_new_style=1&req_id=20210201174523010129037137290121AD&share_token=AED6CF37-CE9E-4186-94B4-032A091EBCE7&group_id=6924102173349577227

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