光谱仪的工作原理是什么,如何选择光谱仪的作用和功能

首页 > 经验 > 作者:YD1662024-03-31 02:14:03

就在刚刚,曾研制出全球最小光谱仪的浙大信息与电子工程学院研究员杨宗银,发表了其作为第一作者的第二篇 Science 。

光谱仪的工作原理是什么,如何选择光谱仪的作用和功能(1)

图 | 论文《光学光谱仪的小型化》

该论文已于 1 月 29 日早晨上线,论文题为《光学光谱仪的小型化》(Miniaturization of optical spectrometers)。

他研究的光谱和你我息息相关,你能看到的每种物质,都有对应的光谱信号。杨宗银告诉 DeepTech,这是目前第一篇全面介绍光谱仪文章,文中介绍了四种光谱仪,并总结出该领域内的发展脉络,非常适合新人入门、以及领域内学者补漏查缺。

光谱仪的工作原理是什么,如何选择光谱仪的作用和功能(2)

图 | 杨宗银(来源:受访者)

光谱仪是近二十年来兴起的一种技术,它能通过测量物质吸收、或物质发射的谱线,去分析其成分及结构,是科研和业界最常用的测量工具之一。

这项技术本身要从 17 世纪说起,牛顿发现棱镜在折射太阳光后,会呈现彩虹色,光谱仪的诞生正是基于这个色散实验。

通过检测光谱中的谱线强度,光谱仪可检测出物体上每种颜色的亮度。其应用大到天文,小到分子,比如它能检测几百万光年外的星系活动,还能检测纳米尺度中的分子结构。

光谱仪的工作原理是什么,如何选择光谱仪的作用和功能(3)

图 | 小型化光谱器件领域

它的具体应用,更是非常日常。通过光谱信号可确定牛奶的成分,还可查看饮料糖分的高低,它还能识别水果或蔬菜中的含糖量、成熟度或酸碱度,也可通过皮肤照片来查看皮肤含水量。

由于光谱仪的光路复杂,内部有着较多精密光学元件,这些元件造价很高,故此当前光谱仪价格普遍在几万元以上。

并且,此前光谱仪的工作原理,仍然沿用四百多年前牛顿的实验原理,即使用棱镜或光栅分光元件,这导致光谱仪体积普遍比较庞大,因此很难满足更多应用。

而杨宗银做的工作,就是把成本降到十到几十元,并能把它做的很小,可以集成到手表或手机中。

世界上最小的光谱仪,直径比头发丝还细

2019 年,杨宗银在 Science 发表论文《单纳米线光谱仪》Single-nanowire spectrometers,这标志着世界上最小的光谱仪诞生,其直径比头发还要细。

审稿人评价说,“纳米线光谱仪是一台集合了目前世界上最先进的材料合成工艺、配上最高超的器件制作水准和实验技巧、再加上巧妙的算法得到的惊艳之作。”

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