光譜儀“變形記”

許明陽

2018年的8月，對浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)院研究員楊宗銀來說，注定是值得紀(jì)念的一段時間。在這段時間，他基于帶隙漸變材料成功開發(fā)出了世界上最小的光譜儀和高光譜成像儀，解決了小尺寸與高性能兼具的世界難題，其成果以他為第一作者在世界權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Science上發(fā)表了論文兩篇。Science的審稿人評價：“這個工作是集合了目前世界上最先進的材料合成工藝，配上最高超的器件制作水準(zhǔn)和實驗技巧，再加上巧妙的算法得到的驚艷之作?！蓖瑫r，2019年7月，因其在帶隙漸變材料光電器件領(lǐng)域的突出貢獻，劍橋大學(xué)國王學(xué)院授予楊宗銀研究員職位，他也成為了該學(xué)院歷史上第一位華人研究員。

在外界人看來，楊宗銀風(fēng)光無限，然而為了這份成果，他堅持了整整8年。

吹盡狂沙始到今

事情要從2011年楊宗銀在浙江大學(xué)攻讀光電專業(yè)的碩士學(xué)位時說起。由于從小喜歡拆電器、研究小的發(fā)明，楊宗銀的動手鉆研能力一直非常出色，在碩士時期他便和師兄一起在世界上首次報道了生長帶隙漸變納米線的方法，該方法解決了傳統(tǒng)半導(dǎo)體光電材料中無法覆蓋整個光譜范圍的難題，成為突破該技術(shù)瓶頸的關(guān)鍵方向。隨后，他突發(fā)奇想，是否可以用這種帶隙漸變納米線做光譜儀？

要知道，隨著科技水平的提高，傳統(tǒng)的光譜儀由于體積龐大已經(jīng)無法滿足日益發(fā)展的光譜檢測技術(shù)的需求，然而，減小光譜儀的分光元件或探測器尺寸將導(dǎo)致光譜分辨率、靈敏度及動態(tài)范圍顯著下降，因此光譜儀的微型化是目前科技界面臨的重大技術(shù)挑戰(zhàn)。由此可見，楊宗銀的這個想法自提出時起，就注定了要成為一項領(lǐng)先于世界半導(dǎo)體光電子技術(shù)的前沿研究，而楊宗銀也不得不面對充滿坎坷困難的研究之路。

盡管已經(jīng)做好了心理準(zhǔn)備，但后來經(jīng)受的挫折依舊超出了楊宗銀的想象。在碩士及后來漂洋過海前往劍橋大學(xué)讀博期間，他經(jīng)歷了上百次實驗的失敗，面對未知的結(jié)果和畢業(yè)的壓力，他曾一度陷入迷茫。有一次，他以為實驗出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機，滿懷希冀地重新嘗試，但結(jié)果發(fā)現(xiàn)依舊低估了研究的難度。直到2018年8月的某個周六晚上，他在實驗室里終于檢測到了信號，那一刻他激動地意識到，自己終于成功了！

楊宗銀最終研發(fā)出的微型光譜儀尺寸僅幾十微米，不需要孤立的分光和探測元件，是目前市面上最小光譜儀的千分之一?！坝捎跇O小的尺寸，該光譜儀可應(yīng)用于單細胞高光譜成像、光譜監(jiān)測和篩選。”楊宗銀略帶激動地說道。

不僅如此，該微型光譜儀技術(shù)還有一個巨大優(yōu)勢，就是極低的成本及與其他系統(tǒng)的可集成性。要知道，目前市面上最便宜的光譜儀價格近萬元人民幣，而該器件可以低至50元人民幣以內(nèi)，毫無疑問，這將會極大地促進光譜技術(shù)的普及應(yīng)用。

同時，該微型光譜儀還與廣泛使用的手機攝像系統(tǒng)具有良好的兼容性，可設(shè)計成緊湊式光譜儀模塊使手機具備光譜探測能力。據(jù)此，楊宗銀基于華為P9手機開發(fā)出了高光譜成像模塊，該模塊較高的光譜分辨率（5nm）和空間分辨率，對生活中的食物、藥品以及皮膚等進行高光譜測量，從而幫助消費者判斷食品藥品安全及身體健康程度?！岸以撃K還可內(nèi)嵌到手持設(shè)備、無人機及可穿戴設(shè)備中，使得光譜檢測技術(shù)走進大眾日常生活中?！睏钭阢y侃侃而談道。

楊宗銀說，在未來幾年，他將會全力推進微型光譜儀的產(chǎn)業(yè)化，“光電技術(shù)終究還是要落實到百姓的實際應(yīng)用中才更有意義”。歷經(jīng)8年坎坷與挫折的楊宗銀微笑著談起他今后的研究規(guī)劃。而這，將會是他新的征程。