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國外人員研發微型光譜儀 為智能手機帶來新功能
發布者:admin  點擊:816

你的智能手機用來檢測空氣的清潔程度,食物是否新鮮,腫塊是不是惡性的。這些都多虧了一種新型的光譜儀,它非常小巧,可以很容易的安裝在手機中,并且成本非常低廉。埃因霍溫理工大學研制的微型傳感器與在科學實驗室中使用的常規桌面型號傳感器一樣精確。


研究人員于12月20日在《Nature Communications》雜志上介紹了他們的發明?!   ?


光譜測定法對可見光和不可見光的分析,其應用范圍非常廣泛。根據光的吸收和反射,每種材料和每種組織都有自己的“足跡”,因此可以通過光譜測定法來辨別。但可以精確測量的光譜儀體積是很大的,因為他們把光分成不同的顏色(頻率),然后分別測量。光被分解之后,具有不同頻率的光束仍然會和其他光束重疊,因此,高度精確的測量只能在分解后幾十厘米處進行?!   ?


埃因霍溫的研究人員研發了一種新穎的傳感器,它能夠以完全不同的方式實現精確測量,即利用一個特殊的“光子晶體空腔”,這個“光子晶體空腔”是一個幾微米的“陷阱”,光線落在里面后不能逃脫。這個陷阱被包含在一個膜中,被捕獲在其中的光會產生一個微小的電流,從而進行測量。博士生?arkoZobenica制作的腔體非常精確,只保留了一個非常小的頻率間隔,因此只測量那個頻率下的光線即可?!   ?


為了能夠測量更大的頻率范圍,研究人員將兩個膜非常緊密地放置在一起,一個在另一個之上。兩個膜會互相影響:如果它們之間的距離稍微改變,那么傳感器能夠檢測到的光頻率也隨之移動。為此,由Andrea Fiore教授和Rob van der Heijden副教授指導的研究人員組裝了一個MEMS(微機電系統)。這種機電系統允許膜之間的距離變化,從而測量頻率。最終,傳感器可以覆蓋大約三十納米的波長范圍,在該范圍內,光譜儀可以辨別數十萬個頻率,這是非常精確的。這之所以可以實現是因為研究人員將膜之間的距離定在了數十飛米(10-15米)?!   ?


如上述設備的結構示意圖所示。藍色有孔的平面是位于上面的膜層,里面有光子晶體空腔,可捕獲特定頻率的光。當這種情況發生時,會產生一個可以被測量的電流(A)?!   ?


為了證明其有用性,研究小組展示了幾個應用,其中包括一個氣體傳感器。他們也制作了一個非常精確的運動傳感器,并巧妙地利用了這樣一個事實,即當兩個膜彼此相對移動時,檢測到的頻率會發生變化?!   ?


Fiore教授預計,新的光譜儀實際應用到智能手機之前還需要五年甚至更長的時間,因為目前它所覆蓋的頻率范圍仍然太小。目前,傳感器僅覆蓋最常見光譜的百分之幾即近紅外光譜。所以他的小組將致力于擴展可檢測的頻譜。他們還將整合一個額外的器件即一個光源到微型光譜儀中,這將使傳感器不受外部光源的支配?!   ?


考慮到應用的廣泛性,微型光譜儀預計將最終成為像智能手機中照相一樣重要的器件。例如,測量CO2,檢測煙霧,決定你吃什么藥,衡量食物的新鮮程度,測定你的血糖水平,等等?!   ?


編輯點評    微型光譜儀具有系統模塊化和搭建靈活性的優勢,因此在實際生產研究中,僅需配一套光譜儀,應用不同的測試附件就可以對各種不同的樣品進行實時檢測。同時,微型光纖光譜儀具有內部結構緊湊、無移動部件、波長范圍寬、測量速度快、價格低的特點,在工業在線監控及便攜式檢測系統開發等領域提供了廣闊的應用發展空間。




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