【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】你的智能手機(jī)用來檢測(cè)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(yàn)室中使用的常規(guī)桌面型號(hào)傳感器一樣。研究人員于12月20日在《Nature Communications》雜志上介紹了他們的發(fā)明。
 

 

　　圖為設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。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。
 

　　光譜測(cè)定法對(duì)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(cè)定法來辨別。但可以測(cè)量的光譜儀體積是很大的，因?yàn)樗麄儼压夥殖刹煌念伾?頻率)，然后分別測(cè)量。光被分解之后，具有不同頻率的光束仍然會(huì)和其他光束重疊，因此，高度的測(cè)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)測(cè)量，即利用一個(gè)特殊的“光子晶體空腔”，這個(gè)“光子晶體空腔”是一個(gè)幾微米的“陷阱”，光線落在里面后不能逃脫。這個(gè)陷阱被包含在一個(gè)膜中，被捕獲在其中的光會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微小的電流，從而進(jìn)行測(cè)量。博士生?arkoZobenica制作的腔體非常，只保留了一個(gè)非常小的頻率間隔，因此只測(cè)量那個(gè)頻率下的光線即可。
 

　　為了能夠測(cè)量更大的頻率范圍，研究人員將兩個(gè)膜非常緊密地放置在一起，一個(gè)在另一個(gè)之上。兩個(gè)膜會(huì)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(cè)到的光頻率也隨之移動(dòng)。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(gè)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(cè)量頻率。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(gè)頻率，這是非常的。這之所以可以實(shí)現(xiàn)是因?yàn)檠芯咳藛T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(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)可以被測(cè)量的電流(A)。
 

　　為了證明其有用性，研究小組展示了幾個(gè)應(yīng)用，其中包括一個(gè)氣體傳感器。他們也制作了一個(gè)非常的運(yùn)動(dòng)傳感器，并巧妙地利用了這樣一個(gè)事實(shí)，即當(dāng)兩個(gè)膜彼此相對(duì)移動(dòng)時(shí)，檢測(cè)到的頻率會(huì)發(fā)生變化。
 

　　Fiore教授預(yù)計(jì)，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(shí)間，因?yàn)槟壳八采w的頻率范圍仍然太小。目前，傳感器僅覆蓋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(cè)的頻譜。他們還將整合一個(gè)額外的器件即一個(gè)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(jì)將終成為像智能手機(jī)中照相一樣重要的器件。例如，測(cè)量CO2，檢測(cè)煙霧，決定你吃什么藥，衡量食物的新鮮程度，測(cè)定你的血糖水平，等等。
 

　　(原文標(biāo)題：微型光譜儀給智能手機(jī)帶來了很多新功能)