近日，北卡羅萊納州立大學（NCSU）的研究人員成功展示了一種光譜儀，其尺寸比現(xiàn)有技術產(chǎn)品小了幾個數(shù)量級，并能精確測量從紫外線到近紅外（NIR）的光波波長。研究人員表示，這項技術使得制造手持式光譜設備成為可能，并有望開發(fā)出集成新型傳感器陣列的設備，作為下一代成像光譜儀使用。

光譜儀通過分析光與物質相互作用時的變化，被用于從制造業(yè)到生物醫(yī)學診斷等各個領域，以辨別各種材料的化學和物理特性。盡管應用廣泛，但即使市面上最小的光譜儀也相當笨重。

研究人員表示，這款能夠測量從紫外到近紅外波段光波長的微型光譜儀體積足夠小巧，完全可以集成到智能手機中，甚至還可以做得比圖中所示的原型機更小

“我們開發(fā)的光譜儀運行速度快、工作電壓低，且對廣譜光敏感，”該研究的通訊作者、NCSU機械與航空航天工程系教授Brendan O'Connor表示，“我們的演示原型尺寸僅幾平方毫米——完全可以嵌入手機。如果需要，甚至可以做到單個像素大小。”

這項技術利用微型光電探測器，在光與目標材料相互作用后檢測光波波長。通過向光電探測器施加不同電壓，可以調控其對特定波長的敏感度。

“如果快速施加一系列電壓，并記錄每個電壓下捕獲的所有光波波長就能獲得足夠數(shù)據(jù)，通過簡單計算程序重建通過或反射目標材料的光的精確特征，”O'Connor解釋道，“電壓變化范圍不足1伏特，整個過程可在1毫秒內完成。”

此前研發(fā)微型光電探測器的嘗試要么依賴復雜光學系統(tǒng)，要么需要高工作電壓，或無法實現(xiàn)如此寬波長的敏感探測。在概念驗證測試中，研究人員發(fā)現(xiàn)其像素級光譜儀的精度與傳統(tǒng)光譜儀相當，靈敏度可媲美商用光電探測設備。

“長遠來看，我們的目標是將光譜儀推向消費市場，”O'Connor表示，“該技術的尺寸和能耗使其非常適合集成到智能手機中，這將催生許多激動人心的應用。從科研角度看，這項技術也為提升成像光譜、顯微光譜等實驗室應用的普及鋪平了道路。”