一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種小于人類頭發(fā)直徑的中紅外光譜儀。

憑借從檢測(cè)溫室氣體到使自動(dòng)駕駛車輛更安全的潛在應(yīng)用，近年來(lái)人們對(duì)開發(fā)緊湊型片上光譜儀非常感興趣。測(cè)量光光譜信息的傳統(tǒng)光譜儀體積龐大且昂貴。片上光譜儀將大大擴(kuò)展該技術(shù)的應(yīng)用和可訪問性。

我是斜杠青年，一個(gè)被前沿技術(shù)耽誤掙錢的“雜食性”學(xué)者！

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，美國(guó)、以色列和日本的一個(gè)研究人員團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種超緊湊型中紅外光譜儀。這項(xiàng)工作是豐年夏實(shí)驗(yàn)室Barton L合作的結(jié)果。耶魯大學(xué)Weller工程與科學(xué)副教授；以色列Bar-Ilan大學(xué)的Doron Naveh教授；日本國(guó)家材料科學(xué)研究所的渡邊健二和谷口隆。這些發(fā)現(xiàn)最近發(fā)表在《自然光子學(xué)》上。

該設(shè)備采用了黑磷（BP），這是一種長(zhǎng)期以來(lái)一直是夏實(shí)驗(yàn)室焦點(diǎn)的材料，用于基于單個(gè)可調(diào)光電探測(cè)器的光譜儀，該光譜儀在2至9微米波長(zhǎng)范圍內(nèi)運(yùn)行。該材料厚度約為10納米，允許用戶調(diào)整光物質(zhì)相互作用以捕獲不同的光譜成分——這是設(shè)備成功的關(guān)鍵。此外，高級(jí)算法在這種光譜儀中發(fā)揮著同樣重要的作用，部分將光譜學(xué)的先天復(fù)雜性從硬件轉(zhuǎn)移到軟件。

光譜儀的尺寸為9×16平方微米，比人類頭發(fā)的橫截面小得多，其尺寸可與測(cè)量的光波長(zhǎng)相當(dāng)。即使有可能使設(shè)備變小，也不會(huì)顯示多少改進(jìn)，因?yàn)橛捎谘苌?，在通常情況下，光線無(wú)法聚焦到比其波長(zhǎng)小得多的地方。

實(shí)現(xiàn)如此具有終極緊湊性的高性能光譜儀是非常令人興奮的。Bar-Ilan大學(xué)的Doron Naveh預(yù)計(jì)，正如這項(xiàng)工作所示，同時(shí)利用硬件和軟件進(jìn)步的原則將導(dǎo)致醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)和食品質(zhì)量控制的商業(yè)應(yīng)用。

使用傳統(tǒng)的光譜儀，光被組成光譜的顏色分割。

夏實(shí)驗(yàn)室的博士生、該研究的主要作者Shaofan Yuan表示，這款光譜儀比傳統(tǒng)的分光光譜儀具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)楣饩€不需要在空間上分為不同的部分。

與傳統(tǒng)的光譜儀不同，該系統(tǒng)不依賴干涉儀或可調(diào)諧紅外激光器等先進(jìn)光學(xué)組件。這為光譜儀的極端小型化打開了可能性，并可以實(shí)現(xiàn)片上、負(fù)擔(dān)得起的中紅外光譜和光譜成像。研究人員指出，汽車、無(wú)人機(jī)和衛(wèi)星通常配備紅外攝像機(jī)，可以拍攝灰度熱成像，以檢測(cè)行人、車輛和其他危險(xiǎn)。夏實(shí)驗(yàn)室的光譜儀對(duì)此類潛在威脅具有更高的檢測(cè)能力，因?yàn)楣庾V信息可以持續(xù)測(cè)量，盡管分辨率適中。此外，它在遙感中也很有用。

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