傳統(tǒng)的光譜系統(tǒng)通常都很依賴笨重的光學(xué)和機械部件，而近日，一支由多國科學(xué)家構(gòu)成的聯(lián)合研究團(tuán)隊開發(fā)了一種能夠安裝在發(fā)梢的超微型光譜儀。借助微芯片及人工智能，這種功能強大的光譜儀可以實現(xiàn)從智能手機攝像頭到環(huán)境監(jiān)測的多領(lǐng)域光測量方式。
這項研究由芬蘭阿爾托大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)，10月20日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。它涉及一類相對較新的超薄材料——二維半導(dǎo)體，實現(xiàn)了高峰值波長精度（～ 0.36納米）、高光譜分辨率（～ 3納米）、大工作帶寬（從405到845納米）和概念驗證光譜成像，不僅有望實現(xiàn)超小型化，也為單探測器計算光譜儀提供了前所未有的精度、分辨率和操作帶寬性能。
論文截圖
" 我們已經(jīng)展示了一種制造光譜儀的方法，這種光譜儀比今天通常使用的光譜儀要小得多。" 俄勒岡州立大學(xué)科學(xué)學(xué)院物理學(xué)教授Ethan Minot說，" 傳統(tǒng)的光譜儀體積過大，而我們研究的新光譜儀可以從目前葡萄大小的尺寸縮小更多，甚至可以放在發(fā)梢。"
" 我們的光譜儀不需要單獨的光學(xué)和機械組件或陣列設(shè)計來分散和過濾光。" 與阿爾托大學(xué)同事孫志培教授一起領(lǐng)導(dǎo)這項研究的Hoon Hahn Yoon說，" 此外，它可以實現(xiàn)與臺式系統(tǒng)相當(dāng)?shù)母叻直媛?，但封裝要小得多。"
研究團(tuán)隊研發(fā)的光譜儀 | 參考文獻(xiàn) [ 2 ]
研究人員表示，該設(shè)備所吸收的光的顏色是100%可電控的，這使其具有巨大的可擴展性和廣泛的應(yīng)用潛力。" 將其直接集成到智能手機和無人機等便攜式設(shè)備中，可以改善我們的日常生活，" Hoon Hahn Yoon說，" 想象一下，我們的下一代智能手機相機可能是高光譜相機，不僅可以捕獲和分析來自可見光波長的信息，還可以進(jìn)行紅外成像和分析。
" 我們的光譜儀為各種新的日常小工具以及新科學(xué)研究提供了更多可能性，這很令人興奮。"Minot補充道，" 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可以通過光譜儀識別人體組織細(xì)微變化，例如腫瘤和健康組織之間的差異；對于環(huán)境監(jiān)測，光譜儀可以準(zhǔn)確檢測空氣、水或地面中的污染類型和污染量。如果有低成本的便攜式光譜儀能夠完成這些工作，那就太好了。在教育環(huán)境中，使用廉價、緊湊的光譜儀也有利于更有效地教授科學(xué)概念。"
對于以科學(xué)為導(dǎo)向的業(yè)余愛好者來說，光譜儀的應(yīng)用也比比皆是。如果喜歡天文學(xué)，你可以用望遠(yuǎn)鏡收集光譜并識別恒星或行星；如果喜歡地質(zhì)學(xué)，你可以測量寶石的吸收光譜以鑒別真?zhèn)巍?quot; 隨著二維半導(dǎo)體工作的進(jìn)展，我們將迅速發(fā)現(xiàn)利用其新穎光學(xué)和電子特性的新方法。"Minot說，" 二維半導(dǎo)體的研究才進(jìn)行了十幾年，這真的很令人興奮。我相信之后的研究將取得更多有趣的突破。"
除了 Minot，Yoon和孫志培之外，合作者還包括來自上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、四川大學(xué)、韓國延世大學(xué)和劍橋大學(xué)的科學(xué)家，以及阿爾托大學(xué)的其他研究人員。
參考文獻(xiàn)
[ 1 ] Hoon Hahn Yoon et al, Miniaturized spectrometers with a tunable van der Waals junction, Science ( 2022 ) . DOI: 10.1126/science.add8544.
[ 2 ] https://phys.org/news/2022-10-light-analyzing-lab-chip-door-widespread.html
