想象一下，把智能手機(jī)指向你在食品柜后面發(fā)現(xiàn)的一種咸零食，然后立刻知道它的成分是否變質(zhì)了。

一種叫做光譜儀的設(shè)備可以根據(jù)一種獨(dú)特吸收和發(fā)射光的“指紋”來(lái)檢測(cè)危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)。但這些分光儀器長(zhǎng)期以來(lái)體積龐大、價(jià)格昂貴，無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室之外使用。直到現(xiàn)在，威斯康辛-麥迪遜大學(xué)的工程師們已經(jīng)開發(fā)出一種光譜儀，這種光譜儀非常小而且簡(jiǎn)單，它可以在不犧牲精確度的前提下與典型手機(jī)的攝像頭集成。

博科園：制造該設(shè)備的電氣工程師團(tuán)隊(duì)成員之一朱旺(音譯)說(shuō)：這是一個(gè)緊湊的單鏡頭光譜儀，具有高分辨率和低制造成本。其研究成功發(fā)表在《自然通訊》(Nature Communications上。設(shè)備還具有一種稱為高光譜成像的先進(jìn)功能，它可以收集圖像中每個(gè)像素的信息，以便在復(fù)雜的背景下識(shí)別材料或探測(cè)特定物體。例如，高光譜傳感可以用來(lái)探測(cè)巖石表面中有價(jià)值礦物的礦層，或在植被高度密集的地區(qū)識(shí)別特定植物。每一種元素的光譜指紋都包含獨(dú)特光發(fā)射或吸收波長(zhǎng)。而光譜儀感知光的能力使研究人員能夠做任何事情，從分析未知化合物的組成到揭示遙遠(yuǎn)恒星的組成。

光譜儀通常依靠棱鏡或光柵將物體發(fā)出的光分裂成不同波段——每一波段對(duì)應(yīng)不同波長(zhǎng)。相機(jī)的光電探測(cè)器可以捕捉并分析這些波段；例如，鈉元素光譜指紋由兩個(gè)波長(zhǎng)分別為589和590納米的波段組成。人眼看到590納米波長(zhǎng)的光呈橙黃色。較短的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)藍(lán)色和紫色，而較長(zhǎng)的波長(zhǎng)呈現(xiàn)紅色。陽(yáng)光包含了一道完整的彩虹，我們看到它是白色的。為了解決不同顏色混合光之間的差異，光譜儀通常必須相對(duì)較大，光的傳播和分離需要較長(zhǎng)的路徑長(zhǎng)度。然而，研究小組制造了微型光譜儀，每邊只有200微米(大約是圓珠筆尖面積的二十分之一)

足夠精密，可以直接放在典型數(shù)碼相機(jī)的傳感器上。這種小尺寸是可能的，因?yàn)檠芯咳藛T將設(shè)備基于特殊設(shè)計(jì)的材料，這種材料能迫使入射光在到達(dá)傳感器之前來(lái)回反射幾次。這些內(nèi)部反射延長(zhǎng)了光在不增加體積的情況下傳播路徑，提高了設(shè)備的分辨率。這些設(shè)備還進(jìn)行了高光譜成像，從疊加投影快照中分辨出兩幅不同的圖像(數(shù)字5和9)，疊加投影將這兩幅圖像組合成肉眼無(wú)法分辨的東西?，F(xiàn)在，研究小組希望提高該設(shè)備的光譜分辨率，以及它捕捉到圖像的清晰度和清晰度，這些改進(jìn)可能為進(jìn)一步增強(qiáng)傳感器鋪平道路。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來(lái)自: 威斯康星大學(xué)麥迪遜分校/Sam Million-Weaver

參考期刊文獻(xiàn):《Nature Communications》

DOI: 10.1038/s41467-019-08994-5

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