研究人员制造出超紧凑型片上中红外光谱仪 可应用于自动驾驶汽车

据国外媒体报道，一个国际研究团队开发了一种中红外光谱仪，其直径比人的头发还要小。中红外光谱仪可用于检测温室气体，使自动驾驶汽车更加安全。因此，近年来，人们对开发紧凑型片上光谱仪非常感兴趣。传统的光谱仪体积庞大，价格昂贵，但片上光谱仪可以大大扩展这项技术的应用和可及性。

为了实现这一目标，来自美国、以色列和日本的一组研究人员开发了一种超小型中红外光谱仪。这项研究是由美国耶鲁大学工程与科学学院的Barton L. Weller副教授、Bar-Ilan大学的Doron Naveh教授、日本国家材料科学研究所的Doron Naveh Kenji Watanabe和谷口高史共同进行的。

(来源:耶鲁大学)

光谱仪采用了丰年夏实验室长期研究的材料黑磷(BP)，使其能够基于单个可调谐光电探测器在2到9微米的波长范围内工作。黑磷的厚度约为10纳米，允许用户调整光与物质的相互作用来捕捉不同的光谱成分，这也是这款设备成功的关键。此外，先进的算法对于光谱仪来说也非常重要，可以将光谱学的一些固有的复杂性从硬件转移到软件上。

光谱仪的尺寸为9×16平方微米，比人类头发的横截面小得多，大小相当于测量的光波长。即使光谱仪的尺寸变小，其性能也不会因为衍射现象而有太大的提升，因为正常情况下光线无法集中在比其波长小很多的点上。

贝兰大学的多伦·纳韦(Doron Naveh)教授说:“我很高兴能开发出这种紧凑且高性能的光谱仪。我们希望能够在这项工作中运用硬件和软件的开发原理，促进在医学、农业和食品质量控制领域的商业应用。”

传统的光谱仪会根据组成光谱的颜色来分离光线。该项研究的主要作者，丰年夏实验室的博士生袁少凡说:“新的光谱仪比传统的光分离光谱仪有优势，因为光不需要在空间分成不同的部分。”

与传统光谱仪不同的是，该系统不依赖于干涉仪或可调谐红外激光器等先进的光学元件，因此可以最小化光谱仪的尺寸，实现片上经济的中红外光谱和光谱成像。研究人员指出，汽车、无人机和卫星通常装有红外摄像机，可以拍摄灰度热图像，以探测行人、车辆和其他危险。丰年夏实验室的光谱仪对这种潜在威胁的探测能力很高，所以即使分辨率不够高，也能连续测量光谱信息。此外，光谱仪还可以用于遥感。据国外媒体报道，一个国际研究团队开发了一种中红外光谱仪，其直径比人的头发还要小。中红外光谱仪可用于检测温室气体，使自动驾驶汽车更加安全。因此，近年来，人们对开发紧凑型片上光谱仪非常感兴趣。传统的光谱仪体积庞大，价格昂贵，但片上光谱仪可以大大扩展这项技术的应用和可及性。

为了实现这一目标，来自美国、以色列和日本的一组研究人员开发了一种超小型中红外光谱仪。这项研究是由美国耶鲁大学工程与科学学院的Barton L. Weller副教授、Bar-Ilan大学的Doron Naveh教授、日本国家材料科学研究所的Doron Naveh Kenji Watanabe和谷口高史共同进行的。

(来源:耶鲁大学)

光谱仪采用了丰年夏实验室长期研究的材料黑磷(BP)，使其能够基于单个可调谐光电探测器在2到9微米的波长范围内工作。黑磷的厚度约为10纳米，这使得用户可以将光与物质的相互作用调整到……捕捉不同的光谱成分，这也是这台设备成功的关键。此外，先进的算法对于光谱仪来说也非常重要，可以将光谱学的一些固有的复杂性从硬件转移到软件上。

光谱仪的尺寸为9×16平方微米，比人类头发的横截面小得多，大小相当于测量的光波长。即使光谱仪的尺寸变小，其性能也不会因为衍射现象而有太大的提升，因为正常情况下光线无法集中在比其波长小很多的点上。

贝兰大学的多伦·纳韦(Doron Naveh)教授说:“我很高兴能开发出这种紧凑且高性能的光谱仪。我们希望能够在这项工作中运用硬件和软件的开发原理，促进在医学、农业和食品质量控制领域的商业应用。”

传统的光谱仪会根据组成光谱的颜色来分离光线。该项研究的主要作者，丰年夏实验室的博士生袁少凡说:“新的光谱仪比传统的光分离光谱仪有优势，因为光不需要在空间分成不同的部分。”

与传统光谱仪不同的是，该系统不依赖于干涉仪或可调谐红外激光器等先进的光学元件，因此可以最小化光谱仪的尺寸，实现片上经济的中红外光谱和光谱成像。研究人员指出，汽车、无人机和卫星通常装有红外摄像机，可以拍摄灰度热图像，以探测行人、车辆和其他危险。丰年夏实验室的光谱仪对这种潜在威胁的探测能力很高，所以即使分辨率不够高，也能连续测量光谱信息。此外，光谱仪还可以用于遥感。

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