超小型片上中红外光谱仪可应用于自主车辆

据外国媒体报道，一个国际研究小组开发了一种直径小于人类头发的中红外光谱仪。中红外光谱仪可以应用于温室气体检测，可以使自主车辆更加安全。因此，近年来，人们对开发紧凑型片上光谱仪非常感兴趣。传统光谱仪体积庞大，价格昂贵，而片上光谱仪可以极大地扩展这项技术的应用和可及性。

为了实现这一目标，来自美国、以色列和日本的一组研究人员开发了一种超小型中红外光谱仪。这项研究是由耶鲁大学工程与科学学院副教授夏凤年和日本国家材料科学研究所渡边健二和谷口高史进行的。

(来源：耶鲁大学)

该光谱仪使用了黑磷(BP)，这是丰年夏实验室长期研究的一种材料，因此它可以在单个可调光电探测器的基础上在2至9微米的波长范围内工作。黑磷的厚度在10纳米左右，可以让用户调节光与物质的相互作用，捕捉不同的光谱成分，这是该装置成功的关键。此外，先进的算法对光谱仪来说也非常重要，它可以将光谱固有的一些复杂性从硬件转移到软件。

光谱仪的尺寸为916平方微米，远小于人类头发的横截面，其尺寸相当于被测光的波长。即使光谱仪的尺寸变得更小，其性能也不会因为衍射现象而得到很大改善，因为在正常情况下，光不能集中在远小于其波长的点上。

贝勒大学的多伦纳韦教授说：“我很高兴开发出这种紧凑、高性能的光谱仪。我们希望在这项工作中能够利用硬件和软件的开发原理，促进在医药、农业和食品质量控制领域的商业应用。”

传统的光谱仪根据组成光谱的颜色来分离光线。这项研究的主要作者、丰年夏实验室的博士生袁少凡(音译)说：“这种新型分光计比传统的光分离分光计更有优势，因为光不需要在太空中被分离成不同的部分。”

与传统光谱仪不同，该系统不依赖干涉仪或可调谐红外激光器等先进光学元件，因此可以最小化光谱仪的尺寸，实现片上经济的中红外光谱和光谱成像。研究人员指出，汽车、无人机和卫星通常配备红外摄像头，可以拍摄灰度热图像，以检测行人、车辆和其他危险。丰年夏实验室的光谱仪对这种潜在威胁的探测能力很强，因此即使分辨率不够高，也能连续测量光谱信息。此外，光谱仪还可以用于遥感。