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巴西“超迷你”光譜儀誕生，儀器小型化又進(jìn)一步

[2018/5/23]

  隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，各行各業(yè)似乎都開始偏愛較為“嬌小”的儀器設(shè)備。無論是環(huán)境監(jiān)測行業(yè)的各類手持式小型分析儀，還是食品檢測領(lǐng)域的便攜快速檢測儀器，無不以輕巧的體型獲得使用者們的歡迎。值得一提的是，在科學(xué)儀器的小型化熱潮當(dāng)中，光譜器的表現(xiàn)尤為亮眼。

  早在幾年前，日本濱松光子學(xué)株式會社就開始提倡分析儀器便攜化、小型化，并推出多款微型光譜儀。實際上，他們研發(fā)的系列微型光譜儀是一個緊湊的多色儀，把光柵、圖像傳感器以及其驅(qū)動電路等多種光學(xué)元件集成在一個緊湊的封殼內(nèi)。被測光由光纖導(dǎo)入輸入口，然后由內(nèi)置圖像傳感器進(jìn)行光譜測量并通過USB接口輸出至PC以用于數(shù)據(jù)采集。憑借多年沉淀的獨特圖像傳感器技術(shù)以及尖端的MEMS技術(shù)，濱松開發(fā)的微型光譜儀系列產(chǎn)品緊湊小巧，成本較低，可以廣泛用于化學(xué)分析、顏色測量、環(huán)境監(jiān)測以及過程控制和生產(chǎn)線控制之中。

  據(jù)了解，目前濱松已經(jīng)推出了拇指大小的小型光譜儀，黃豆大小的法布里波羅干涉光譜探測器，以及手掌那么大的傅里葉變換紅外(FTIR)光譜儀。與此同時，布魯克也研發(fā)出了世界上第一臺小型化傅里葉變換近紅外光譜儀——TANGO，引領(lǐng)近紅外光譜朝著更快速、更簡便、更可靠的方向變革。

  由此可見，傅里葉光譜儀器似乎成為了各大儀器廠商以及科研機構(gòu)實現(xiàn)小型化的最愛。不過他們的小型化步伐還遠(yuǎn)未停止，不光要變小，還要變得更小更便宜。近日，據(jù)麥姆斯咨詢報道，巴西坎皮納斯大學(xué)設(shè)備研究實驗室的研究者與美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的同行合作，開發(fā)出了一種基于硅光子學(xué)的微型FTIR光譜儀，它的體型比濱松、布魯克生產(chǎn)的微型光譜儀還要小。作為識別和分析化合物最常用的研究工具之一，傳統(tǒng)的FTIR光譜儀由于體型過于龐大，很難滿足現(xiàn)場化合物檢測的需求。為此，各國研究人員都在致力于開發(fā)微型FTIR光譜儀，用于溫室氣體遠(yuǎn)程監(jiān)控?zé)o人機或智能手機等其他設(shè)備的集成。雖然目前已經(jīng)有制造微型器件的技術(shù)條件，但是由于生產(chǎn)成本過高，還難以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。

  巴西研究人員開發(fā)的這款微型FTIR光譜儀則利用硅光子學(xué)克服了上述限制，為制造經(jīng)濟型高性能的微型光譜儀提供了一個平臺。測試中發(fā)現(xiàn)，該款只有芯片大小的光譜儀可以產(chǎn)生分辨率為0.38太赫茲(THz)的寬帶頻譜，這與相同波長范圍內(nèi)運行的商用便攜式光譜儀的分辨率相當(dāng)。這意味著這款器件能夠達(dá)到市面上便攜式自由空間光學(xué)光譜儀相媲美的分辨率，經(jīng)過進(jìn)一步優(yōu)化升級后，或許將實現(xiàn)傳統(tǒng)FTIR光譜儀的優(yōu)秀性能。

  在龐大的市場需求驅(qū)動下，不少儀器廠商率先看到了未來，紛紛踏上科學(xué)儀器的小型化之路。國內(nèi)也有越來越多人開始研究各種各樣的小型化儀器，主要圍繞質(zhì)譜以及低端檢測儀器。不過由于技術(shù)限制，目前這條路還有很長一段距離要走。尤其是基礎(chǔ)研究較為薄弱的國產(chǎn)儀器，小型化發(fā)展更應(yīng)該注重產(chǎn)品性能，而不是僅僅在體型上進(jìn)行縮小。