光谱仪测量范围覆盖紫外至近红外，体积小至可嵌入智能手机

近日，北卡罗莱纳州立大学（NCSU）的研究人员成功展示了一种光谱仪，其尺寸比现有技术产品小了几个数量级，并能精确测量从紫外线到近红外（NIR）的光波波长。研究人员表示，这项技术使得制造手持式光谱设备成为可能，并有望开发出集成新型传感器阵列的设备，作为下一代成像光谱仪使用。

光谱仪通过分析光与物质相互作用时的变化，被用于从制造业到生物医学诊断等各个领域，以辨别各种材料的化学和物理特性。尽管应用广泛，但即使市面上最小的光谱仪也相当笨重。

研究人员表示，这款能够测量从紫外到近红外波段光波长的微型光谱仪体积足够小巧，完全可以集成到智能手机中，甚至还可以做得比图中所示的原型机更小

“我们开发的光谱仪运行速度快、工作电压低，且对广谱光敏感，”该研究的通讯作者、NCSU机械与航空航天工程系教授Brendan O'Connor表示，“我们的演示原型尺寸仅几平方毫米——完全可以嵌入手机。如果需要，甚至可以做到单个像素大小。”

这项技术利用微型光电探测器，在光与目标材料相互作用后检测光波波长。通过向光电探测器施加不同电压，可以调控其对特定波长的敏感度。

“如果快速施加一系列电压，并记录每个电压下捕获的所有光波波长就能获得足够数据，通过简单计算程序重建通过或反射目标材料的光的精确特征，”O'Connor解释道，“电压变化范围不足1伏特，整个过程可在1毫秒内完成。”

此前研发微型光电探测器的尝试要么依赖复杂光学系统，要么需要高工作电压，或无法实现如此宽波长的敏感探测。在概念验证测试中，研究人员发现其像素级光谱仪的精度与传统光谱仪相当，灵敏度可媲美商用光电探测设备。

“长远来看，我们的目标是将光谱仪推向消费市场，”O'Connor表示，“该技术的尺寸和能耗使其非常适合集成到智能手机中，这将催生许多激动人心的应用。从科研角度看，这项技术也为提升成像光谱、显微光谱等实验室应用的普及铺平了道路。”