微型光譜儀

朱崇愷

智能手機(jī)無(wú)疑給我們的生活帶來(lái)了極大的便利，但是，你的手機(jī)可以檢測(cè)空氣是否清潔或食物是否新鮮嗎？答案是否定的。但埃因霍溫理工大學(xué)正在開(kāi)發(fā)的微型光譜儀或許可以幫助手機(jī)做到這些。此項(xiàng)成果發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

要知道，每種材料或者物品在吸收和反射光線方面都有自己的“足跡”，這可以通過(guò)光譜測(cè)定來(lái)識(shí)別。但精確的光譜儀體積相對(duì)智能手機(jī)來(lái)說(shuō)是很大的，因?yàn)樗紫刃枰ㄓ萌忡R）把光分成不同的顏色（頻率），然后分別測(cè)量。光線通過(guò)棱鏡后，頻率不同的光束仍然相互重疊，因此，高精度的測(cè)量至少要在棱鏡后幾十厘米才能進(jìn)行。

荷蘭埃因霍溫的研究人員開(kāi)發(fā)了一種巧妙的傳感器，它使用一個(gè)特殊的“光子晶體諧振腔”進(jìn)行精確的光譜測(cè)量。這個(gè)諧振腔是一種包含于膜中，只有幾微米大小的“陷阱”，光線落在其中就不能逃脫，被捕獲的光會(huì)產(chǎn)生一個(gè)可以被測(cè)量到的微小電流。如果兩個(gè)膜之間的距離稍微改變，那么傳感器能夠檢測(cè)到的光頻率也會(huì)變化。目前，傳感器能在大約30納米的波長(zhǎng)范圍內(nèi)辨別出10萬(wàn)個(gè)不同的頻率。

鑒于應(yīng)用的廣泛性，項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人安德烈·菲奧雷（Andrea Fiore）教授預(yù)計(jì)未來(lái)微型光譜儀將成為智能手機(jī)中的重要元素。例如，可以測(cè)量二氧化碳含量、檢測(cè)煙霧、確定擁有的藥物種類、測(cè)量食物的新鮮程度、檢測(cè)血糖水平等。endprint