1665年世紀(jì)大瘟疫席卷英國，無學(xué)可上的牛頓回到家鄉(xiāng)，就在這特殊的一年，牛頓在光學(xué)領(lǐng)域取得了巨大突破。

　　牛頓在用三棱鏡準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)陽光透過三棱鏡，在地面上投射出了一條紅橙黃綠藍(lán)靛紫七種顏色排開的彩色光帶，這條彩色光帶被牛頓稱之為光譜。

　　基于這次實(shí)驗(yàn)，牛頓在第一塊三棱鏡后方倒放了一塊頂角較大的棱鏡，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)白光與棱鏡相互作用變成了七種顏色的光，這七種顏色的光經(jīng)過第二個棱鏡后又變成了白光!這證實(shí)了“陽光是由不同顏色的單色光組合而成”的推測。

　　牛頓的這個實(shí)驗(yàn)可以算是一種很原始的光譜分析，他首次將三棱鏡變成了光譜儀，揭示了白光是由不同顏色的光混合而成。

　　但由于牛頓認(rèn)為光是一種粒子，所以他用微粒說解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，認(rèn)為光的分解和合成就是不同顏色的微粒分開和混合的結(jié)果。正是這種片面的認(rèn)知，致使牛頓并沒有真正揭開光的奧秘。

　　雙縫干涉實(shí)驗(yàn)——近一步探尋光的本質(zhì)特性

　　19世紀(jì)初，一位天才英國醫(yī)生、英國皇家學(xué)院自然哲學(xué)教授托馬斯·楊做了一個物理史上著名的實(shí)驗(yàn)——楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，近一步對光的本質(zhì)進(jìn)行了探究。

　　楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置簡單來說，是由一個光源、一張刻有兩條縫的紙板和一個用于接收投影的屏幕組成。實(shí)驗(yàn)原理也很簡單，如果光是粒子，那么通過雙縫紙板后，屏幕上應(yīng)該也會形成兩條光斑。

　　但如果光是波，光線通過雙縫紙板后，如水波紋一樣就會互相干涉，最終會在屏幕中形成明暗相間的條紋。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示，屏幕上出現(xiàn)了相間的條紋，這也被稱作干涉條紋。

　　這個實(shí)驗(yàn)證明了光是一種波，因?yàn)楣獠ㄔ谕ㄟ^兩條平行的縫隙后發(fā)生了自我干涉，波峰與波峰相遇的地方亮度就會增強(qiáng)，波峰與波谷相遇，亮度就會減弱，所以這些條紋明暗相間。楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，讓人們對光有了更為客觀的認(rèn)知。

　　沃拉斯頓實(shí)驗(yàn)、夫瑯禾費(fèi)實(shí)驗(yàn)——發(fā)現(xiàn)太陽光譜里的神秘暗線

　　同時19世紀(jì)初，英國物理學(xué)家威廉·沃拉斯頓對牛頓的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了重復(fù)和改進(jìn)。結(jié)果他首次發(fā)現(xiàn)：在那熟悉的彩色光譜中，存在一些很細(xì)的暗線，他以為這些暗線是分割顏色的界限。

　　1814年，德國物理學(xué)家夫瑯禾費(fèi)制作了一臺分光儀，在太陽與三棱鏡之間增加了一道狹縫，在狹縫與三棱鏡之間再增加一個準(zhǔn)直透鏡，使經(jīng)過狹縫的太陽光變成了平行光，然后在三棱鏡后面增加了一個望遠(yuǎn)鏡。

　　夫瑯禾費(fèi)在望遠(yuǎn)鏡里看到了，在太陽光譜中存在的大量密密麻麻的暗線，他花了三年的時間，從太陽光譜里數(shù)出了570多條暗線。

　　夫瑯禾費(fèi)標(biāo)記了這些暗線，我們現(xiàn)在把它稱之為夫瑯禾費(fèi)線?？稍诋?dāng)時，他并不能解釋這些暗線存在的真正原因，以及這些暗線被發(fā)現(xiàn)的意義。然而沒過多久，真相就慢慢浮出了水面。

　　本生和基爾霍夫合作開創(chuàng)了認(rèn)識世界的新方法——光譜分析法

　　1855年前后，德國化學(xué)家羅伯特·威廉·本生，在他自己發(fā)明的本生燈上，燃燒不同成分的化學(xué)物質(zhì)，并發(fā)現(xiàn)這些化學(xué)物質(zhì)在燃燒時會出現(xiàn)不同顏色的火焰，他認(rèn)為用火焰顏色就可以定性化學(xué)成分。但復(fù)雜物質(zhì)中，各種火焰顏色相互掩蓋，肉眼無法辨別。

　　于是本生找到德國物理學(xué)家古斯塔夫·基爾霍夫，兩人商議，決定用光譜儀來看光譜，試著用這種方式來鑒別各種物質(zhì)成分。

　　果然經(jīng)過光譜儀，他們發(fā)現(xiàn)了不同化學(xué)成分的物質(zhì)，在燃燒時能發(fā)出的特有光譜，這些光譜里還有著獨(dú)一無二的亮線，就像是每個人都有專屬自己的指紋。

　　他們把不同元素的亮線位置記下，和夫瑯禾費(fèi)觀察到的暗線相比，驚奇地發(fā)現(xiàn)，這些亮線在太陽光譜里同樣的位置下卻是暗線。

　　后來基爾霍夫反復(fù)試驗(yàn)，證實(shí)了那些亮線和暗線都是同一種元素造成的。太陽光譜線中的暗線，是由于連續(xù)的太陽白光背景前存在的各種元素，TA們的溫度比太陽光源溫度低，因此吸收了背景的明亮白光，從而產(chǎn)生了暗線。

　　所以這些亮線就是元素的發(fā)射光譜，暗線就是吸收光譜，那么把吸收光譜和發(fā)射光譜相對比，就可以知道太陽的元素組成。

　　基爾霍夫和本生用這種光譜分析法，不僅發(fā)現(xiàn)了兩種新元素：銣和銫，還揭示了太陽元素之謎，在太陽上找到了67種地球上有的元素。

　　從牛頓到基爾霍夫，科學(xué)家們在一步步探索上帝設(shè)計宇宙時留下的密碼——光譜，并用光譜不斷獲得物質(zhì)世界的信息。光譜就像一面信息窗口把微觀與宏觀相聯(lián)系，讓人類可以用宏觀的方法探索微觀世界的奧秘。如今，隨著光譜學(xué)高速發(fā)展，光譜技術(shù)在不同的領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。

　　讓世界各個領(lǐng)域擁有光譜維度

　　讓光譜技術(shù)進(jìn)入各個領(lǐng)域里的機(jī)器視覺系統(tǒng)，獲得更多維度的信息，是機(jī)器視覺未來的發(fā)展方向，更是智譜科技發(fā)力的賽道。

　　在安全生產(chǎn)領(lǐng)域，面對每年因化工泄漏發(fā)生的重大事故造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和社會損失，智譜科技團(tuán)隊從保護(hù)人民生命健康安全的考慮出發(fā)開展科研公關(guān)，自主研發(fā)了泄漏氣體光譜視頻智能檢測系統(tǒng)，可實(shí)時判斷有無泄漏，定位泄漏點(diǎn)，并且能通過測量泄漏量來發(fā)出事故預(yù)警，最終基于泄漏軌跡、泄漏擴(kuò)散范圍來指導(dǎo)應(yīng)急處置。

　　智譜科技作為牽頭單位，聯(lián)合中石化安工院、中石油安環(huán)院、南京大學(xué)、清華大學(xué)等單位，起草國內(nèi)第一個光譜視頻檢測預(yù)警技術(shù)規(guī)范，并由中國化學(xué)品安全協(xié)會簽發(fā)，使光譜視頻監(jiān)控預(yù)警的應(yīng)用成為重要的發(fā)展方向。

　　在生態(tài)環(huán)保領(lǐng)域，我國環(huán)保水質(zhì)監(jiān)測起步晚，傳統(tǒng)監(jiān)測周期長、成本高，化學(xué)方法水進(jìn)水口、出水口進(jìn)行滯后性檢測，無法評估污水處理過程中的水質(zhì)狀態(tài)。智譜科技自主研發(fā)了一種快速、準(zhǔn)確、低成本的綠色檢測技術(shù)——光譜水質(zhì)在線監(jiān)測技術(shù)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等先進(jìn)工業(yè)過程分析技術(shù)手段，用戶可以在水質(zhì)的實(shí)時數(shù)據(jù)池中深度挖掘水質(zhì)參數(shù)與處理工藝間的隱藏關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)對處理流程的升級改造，降低處理成本，提高水質(zhì)處理質(zhì)量。

　　除了安全生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)保，智譜科技仍將推動光譜視頻技術(shù)在農(nóng)業(yè)、食品、生物、健康、制藥、軍事、安防等眾多領(lǐng)域的深入應(yīng)用，助力行業(yè)突破無法跨越的視覺瓶頸。