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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(zhù)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，各行各業(yè)似乎都開(kāi)始偏愛(ài)較為“嬌小”的儀器設備。無(wú)論是環(huán)境監測行業(yè)的各類(lèi)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(wú)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中，光譜器的表現尤為亮眼。

      早在幾年前，日本濱松光子學(xué)株式會(huì )社就開(kāi)始提倡分析儀器便攜化、小型化，并推出多款微型光譜儀。實(shí)際上，他們研發(fā)的系列微型光譜儀是一個(gè)緊湊的多色儀，把光柵、圖像傳感器以及其驅動(dòng)電路等多種光學(xué)元件集成在一個(gè)緊湊的封殼內。被測光由光纖導入輸入口，然后由內置圖像傳感器進(jìn)行光譜測量并通過(guò)USB接口輸出至PC以用于數據采集。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(kāi)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)境監測以及過(guò)程控制和生產(chǎn)線(xiàn)控制之中。

      據了解，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(shí)，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(zhù)更快速、更簡(jiǎn)便、更可靠的方向變革。

      由此可見(jiàn)，傅里葉光譜儀器似乎成為了各大儀器廠(chǎng)商以及科研機構實(shí)現小型化的最?lèi)?ài)。不過(guò)他們的小型化步伐還遠未停止，不光要變小，還要變得更小更便宜。近日，據麥姆斯咨詢(xún)報道，巴西坎皮納斯大學(xué)設備研究實(shí)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(kāi)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，傳統的FTIR光譜儀由于體型過(guò)于龐大，很難滿(mǎn)足現場(chǎng)化合物檢測的需求。為此，各國研究人員都在致力于開(kāi)發(fā)微型FTIR光譜儀，用于溫室氣體遠程監控無(wú)人機或智能手機等其他設備的集成。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(guò)高，還難以實(shí)現大規模生產(chǎn)和應用。

      巴西研究人員開(kāi)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(gè)平臺。測試中發(fā)現，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(cháng)范圍內運行的商用便攜式光譜儀的分辨率相當。這意味著(zhù)這款器件能夠達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(guò)進(jìn)一步優(yōu)化升級后，或許將實(shí)現傳統FTIR光譜儀的優(yōu)秀性能。

      在龐大的市場(chǎng)需求驅動(dòng)下，不少儀器廠(chǎng)商率先看到了未來(lái)，紛紛踏上科學(xué)儀器的小型化之路。國內也有越來(lái)越多人開(kāi)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(guò)由于技術(shù)限制，目前這條路還有很長(cháng)一段距離要走。尤其是基礎研究較為薄弱的國產(chǎn)儀器，小型化發(fā)展更應該注重產(chǎn)品性能，而不是僅僅在體型上進(jìn)行縮小。
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