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你的智能手機(jī)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(jī)中，并且成本非常低廉。埃因霍溫理工大學(xué)研制的微型傳感器與在科學(xué)實(shí)驗室中使用的常規(guī)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(fā)明?！　　　?

光譜測定法對可見光和不可見光的分析，其應(yīng)用范圍非常廣泛。根據(jù)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(jìn)行?！　　　?

埃因霍溫的研究人員研發(fā)了一種新穎的傳感器，它能夠以完全不同的方式實(shí)現(xiàn)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(chǎn)生一個微小的電流，從而進(jìn)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(dǎo)的研究人員組裝了一個MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))。這種機(jī)電系統(tǒng)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(nèi)，光譜儀可以辨別數(shù)十萬個頻率，這是非常精確的。這之所以可以實(shí)現(xiàn)是因為研究人員將膜之間的距離定在了數(shù)十飛米(10-15米)?！　　　?

如上述設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖所示。藍(lán)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(dāng)這種情況發(fā)生時，會產(chǎn)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(yīng)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(yùn)動傳感器，并巧妙地利用了這樣一個事實(shí)，即當(dāng)兩個膜彼此相對移動時，檢測到的頻率會發(fā)生變化?！　　　?

Fiore教授預(yù)計，新的光譜儀實(shí)際應(yīng)用到智能手機(jī)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(kuò)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(yīng)用的廣泛性，微型光譜儀預(yù)計將最終成為像智能手機(jī)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(diǎn)評　　　　微型光譜儀具有系統(tǒng)模塊化和搭建靈活性的優(yōu)勢，因此在實(shí)際生產(chǎn)研究中，僅需配一套光譜儀，應(yīng)用不同的測試附件就可以對各種不同的樣品進(jìn)行實(shí)時檢測。同時，微型光纖光譜儀具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊、無移動部件、波長范圍寬、測量速度快、價格低的特點(diǎn)，在工業(yè)在線監(jiān)控及便攜式檢測系統(tǒng)開發(fā)等領(lǐng)域提供了廣闊的應(yīng)用發(fā)展空間。