光谱偏振分析仪

p 　　据物理学家组织网20日报道，美国麻省理工学院(MIT)的工程师最近开发出一种激光偏振检测新技术，不仅能确定太空垃圾位置，还能分析其成分。 /p p 　　在地球空间轨道上，数以亿计的太空垃圾高速旋转着，给航天器和卫星带来巨大威胁。目前，美国国家航空航天局(NASA)和国防部在用陆基望远镜和激光雷达(Ladars)跟踪17000块碎片，但这一系统只能确定目标的位置。研究人员指出，新技术能分析出一块残骸由什么组成，有助于确定其质量、动量及可能造成的破坏力。 /p p 　　该技术利用激光来检测材料对光的偏振效应。MIT航空航天系的迈克尔· 帕斯科尔说，涂料的反射光偏振模式和金属铝有明显区别，所以识别偏振特征是鉴定太空残骸的一种可靠方法。 /p p 　　为检验这一理论，研究人员设计了一台偏光仪来检测反射光的角度，所用激光波长为1064纳米，与Ladars激光类似，并选择了6种卫星中常用的材料：白色、黑色涂料、铝和钛，还有保护卫星的两种膜材料聚酰亚胺和特氟龙(聚四氟乙烯)，用偏振滤镜和硅探测器检测它们反射光的偏振状态。他们识别出16种主要的偏振态，并将这些状态特征与不同材料对应起来。每种材料的偏振特征都非常独特，足以和其他5种区别开来。 /p p 　　帕斯科尔认为，其他航天材料如防护膜、复合天线、太阳能电池、电路板等，其偏振效应可能也各有特色。他希望用激光偏振仪建一个包含各种材料偏振特征的数据库，给现有陆基Ladars装上滤波器，就能直接检测太空残骸的偏振态，与特征库数据对比，就能确定残骸构成。 /p

近年来，研究人员和业内主要厂商已将研发重心转向微型化、便携式且低成本的光谱仪系统，使之可以在日常生活中实现现场、实时和原位光谱分析的许多新兴应用。然而，受到过度简化的光学设计和紧凑型架构的机械限制，微型光谱仪系统的实际光谱识别性能通常远低于台式光谱仪系统。如今，克服这些限制的一种策略便是在光子方法学中引入深度学习（DL）进行数据处理。据麦姆斯咨询报道，近日，美国纽约州立大学布法罗分校（University at Buffalo，the State University of New York）与沙特阿卜杜拉国王科技大学（King Abdullah University of Science & Technology）的联合科研团队在Nature Communications期刊上发表了以“Imaging-based intelligent spectrometer on a plasmonic rainbow chip”为主题的论文。该论文第一作者为Dylan Tua，通讯作者为甘巧强（Qiaoqiang Gan）教授。在这项研究工作中，研究人员开发了一种紧凑型等离子体“彩虹（rainbow）”芯片，能够实现快速、准确的双功能传感，其性能可在特定条件下超越传统的便携式光谱仪。其中的分光纳米结构由一维或二维的梯度金属光栅构成。该紧凑型等离子体光谱仪利用普通相机拍摄的单幅图像，即可精确地获得照明光源光谱的光谱信息和偏振信息。在经过适当训练的深度学习算法的辅助下，研究人员仅用单幅图像就能表征葡萄糖溶液在可见光光谱范围内的双峰和三峰窄带照明下的旋光色散（ORD）特性。该微型光谱仪具有与智能手机和芯片实验室（lab-on-a-chip）系统集成的潜力，为原位分析应用提供新的可能。研究人员利用彩虹捕获效应（rainbow trapping effect）来开发片上光谱仪系统。图1展示了该研究工作所提出的片上光谱仪和一维彩虹芯片的设计原理。如图1a所示，该光谱仪利用等离子体啁啾光栅实现分光功能。这种表面光栅几何形状的逐渐变化，导致了局部等离子体共振的空间调谐（即为光捕获“彩虹”存储）。如图1b所示，研究人员采用聚焦离子束铣削技术，在300 nm的银（Ag）薄膜上制备了啁啾光栅。当白光垂直入射时，通过简单的反射显微镜系统（如图1c），就可以观察到明显的“彩虹”色图像，如图1d的顶部所示，该现象源于光栅引发的等离子体共振。图1 片上光谱仪的等离子体啁啾光栅根据这些空间模式图像，可以建立共振模式与入射波长一一对应的关系，这是片上光谱仪的基础。因此，研究人员探讨了该光谱仪对任意光谱特征的空间分辨能力。通过深度学习辅助的数据处理和重建方法，研究人员利用这种分光功能可以构建用于光学集成的智能化、微型化光谱仪平台。具体而言，研究人员提出了基于深度学习的智能彩虹等离子体光谱仪概念，并构建了带有等离子体啁啾光栅的光谱仪示例，如图2所示。该光谱仪利用深度神经网络预测了所测量的共振模式图像中的未知入射光光谱，而无需使用传统的线性响应函数模型。实验中的光谱仪架构如图2a所示。智能光谱仪主要由三部分构成：空间模式、预训练神经网络以及对应的波长。图2 基于深度学习的数据重建光谱分辨率是评价传统光谱仪性能的重要参数之一。因此，研究人员对该光谱仪的分辨率做了详细测试，测试结果如图3所示。图3 智能等离子体光谱仪的分辨率以上初步测试数据表明，智能彩虹芯片光谱仪具有实现高分辨率光谱分析的潜力，其性能可与传统台式光谱仪相媲美。随后，研究人员将一维光栅扩展到二维，以利用紧凑型智能等离子体光谱仪实现偏振光谱的测定，其性能超越了传统的光学光谱仪系统。同时，研究人员展示了等离子体彩虹芯片光谱仪可以引入简化、紧凑且智能的光谱偏振系统，具有准确且快速的光谱分析能力。图4a为具有梯度几何参数的二维光栅。图4 用于测定偏振光谱的二维啁啾光栅接着，研究人员利用该二维偏振光谱仪芯片对旋光色散进行了简单而智能的表征。图5a为传统的旋光色散系统测量由物质引起的旋光度随入射波长的函数变化。最后，研究人员展示了将二维光栅作为光谱偏振系统，并介绍了用于葡萄糖传感应用的示例。图5 更简单、准确且智能的光谱偏振分析综上所述，本研究中提出了一种集成了片上彩虹捕获效应与紧凑型光学成像系统的智能芯片级光谱仪。研究结果表明，该等离子体芯片可以在可见光光谱（470 nm - 740 nm）范围内区分不同的照明峰值。该芯片充分利用其波长敏感结构，能够根据照明光谱峰值显示不同的等离子体共振模式。随后将芯片扩展到二维结构，共振模式的复杂性增加，从而在入射光偏振方面提供更多信息。通过使用片上共振模式的空间和强度分布图像来训练深度学习算法，研究人员在同一系统内分别实现了光谱分析和偏振分析。随后，研究人员利用一种将旋光引入透射光的手性物质（即葡萄糖），证明了所提出光谱仪在旋光色散传感方面的可行性，旋光色散是一种有助于手性物质检测和定量的偏振特异性特征。深度学习模型的分析表明，该算法能够基于等离子体芯片的共振模式准确预测葡萄糖引入的旋光。即使在分析多峰照明下的共振模式时，这种性能也得到了保留。这种由深度学习支持的基于图像的光谱仪能够通过利用纳米光子平台的单幅图像同时进行光谱分析和偏振分析。因此，该光谱仪标志着在单一紧凑型且轻量化设计中实现了高性能的光谱偏振分析，为深度光学和光子学在医疗保健监测、食品安全传感、环境污染检测、药物滥用传感以及法医分析等领域的应用赋能。这项研究获得了沙特阿卜杜拉国王科技大学物理科学与工程部的科研基金（BAS/1/1415-01-01）和NTGC-AI项目（REI/1/5232-01-01）的资助和支持。

SPECTROCUBE型ED-XRF分析仪为各种应用提供简单、可靠、准确、高通量的分析1 . 同类产品中测试速度出类拔萃：高速高精度，是典型测试速度的两倍2 . 应用范围广和准确度高：优化的应用程序包3 . 简单易用：只需三个简单步骤即可获得准确的结果全新的SPECTROCUBE型ED-XRF分析仪为各种应用提供简单、可靠、准确、高通量的分析，在贵金属分析、燃料和润滑油、RoHS合规检测及各种筛分分析尤为优秀。SPECTROCUBE型采用了先进的ED-XRF技术，高分辨率和高计数率探测器，使得检测时间大大缩短。软件直观、操作简捷，简化了工作流程, 结实耐用。SPECTROCUBE型仪器具有用户友好的软件系统，只需初级培训即可轻松掌握，简单易用，保证了初学者可以容易地得到专家级的分析结果。仪器结构紧凑，占地面积小，适合狭窄的工作空间。样品尺寸无论大小均可宽松容纳。对于大多数分析来说，SPECTROCUBE仅需一次通用校准即可达到所需的精度。贵金属分析近期全新推出SPECTROCUBE型X射线贵金属测试仪器，新仪器的推出为测试中心、纯度标识和分析实验室，以及珠宝制造商提供了简单、可靠、准确、高通量的分析手段。其分析速度是同类仪器的两倍。- 同类产品中测试速度之冠：是典型测试速度的两倍，高精度分析仅需15秒- 分析范围宽和准确性高：一次分析，同时检定30多种元素, 包括痕量元素- 整机无与伦比的易用性：只需简单的三步，即可得到精确的、完美的全分析结果SPECTROCUBE型分析仪采用了领先的高分辨、高计数检测器技术，缩短了样品的测量间隔，仪器软件直观、简捷，测试流程轻松流畅，大大减少了宕机时间。SPECTROCUBE型X射线贵金属测试仪所采用的测试流程快捷、平顺，只需接受简单的培训即可流畅准确地操作仪器，显示了无与伦比的易用性。检测所需的相关信息直观地显示在同一屏幕上，只需三个简单步骤即可实现样品的全分析。紧凑的设计减少了仪器的占地面积，可放置在狭小的工作空间里。但样品室非常宽大，可接纳范围广泛、大小不同的样品。对于大多数分析来说，SPECTROCUBE仅需一次校准，即可达到贵金属分析所需的准确度。卓越的分析速度和性能是SPECTROCUBE核心竞争力的体现。SPECTROCUBE的校正曲线高精度地覆盖宽广的浓度范围，加之标准测试时间低至15秒，因此每天可处理数以百计的样品。对于形状不同、大小不一珠宝样品，该仪器可使用0.2毫米的焦斑进行微区分析，该焦斑是行业中最小的焦斑尺寸之一SPECTROCUBE由久经锤炼、精心挑选的顶级部件组装、制造而成。可在严苛的质量体系中实现高通量、低故障、全天候连续使用，具有令人信服的可靠性，在整个仪器的生命周期内可显著降低操作、维护成本，以及持有成本。与许多其他XRF分析仪不同，SPECTROCUBE采用了全新的高分辨硅漂移检测器（SDD），可检测记录到少量和微量“非贵”的杂质元素成分。与上一代XRF贵金属检测仪相比，在同等测量时间内SPECTROCUBE所记录的信号强度是前一代机型的三倍。合规检测SPECTRO公司精心打造的全新的SPECTROCUBE型ED-XRF分析仪，是检测和甄别工业及环境领域受限元素的强有力的工具，可高通量地进行符合性筛查。为该项工作任务提供了简单、可靠、准确、高速的解决方案。 分析方法及程序符合相关规定。在保证最低检出量的条件下，其分析速度是同类其他分析仪的两倍。 SPECTROCUBE型ED-XRF分析仪可精确测定样品中各种元素的准确浓度水平。全新打造的分析仪采用了先进的无损ED-XRF探测器技术，其分辨率和计数率是同类仪器之冠，大大缩短了测量间隔，软件直观、操作简捷，简化了工作流程, 结实耐用, 仪器可靠性高。 SPECTROCUBE型ED-XRF分析仪立足现在，面向未来，采用前瞻性设计，具有较大扩展性，能够满足今天各种法规的苛刻的要求，合规分析能力强。SPECTROCUBE采用全谱分析，所有元素的谱线及强度尽在掌握之中，而不仅仅只分析您当前所关注的受限元素的含量。应该进一度关注的是，随着受限制材料清单的不断增加，拥有SPECTROCUBE的用户可以通过简单的软件更新，轻松地激活新的模块，实现完美地升级以检测新增加的、额外的基体、元器件及元素。 油品及燃料分析广泛散布于世界各地的炼油厂、润滑油调合厂、独立测试实验室和监管机构都要求对炼油和石化样品进行快速、简单、准确、经济的分析。全新推出新的SPECTROCUBE型ED-XRF分析仪可完全满足所有这些需要，并可以做的更好。例如，用户必须迅速验证汽油、柴油或其他燃料是否符合规定的硫含量限值。SPECTROCUBE型ED-XRF可以最大限度地缩短分析时间——确保从取样到得到分析结果时间最短。它可以用其他分析仪一半的时间来分析一个样品，且具有相当的精度！在同等的分析时间内，SPECTROCUBE可以提供同类产品中的最佳的检出下限。 在润滑油检测中，SPECTROCUBE使用了一种简捷的方法来分析不同种类的润滑油，为没有经验的初学者提供了极佳的使用便利性。而且很容易分析废油中的微量元素。先进的设计理念及完美的性能可鼎力协助客户开展其他应用，例如，SPECTROCUBE可以有效地检测原油中镍（Ni）、钒（V）和铁（Fe）等低含量元素。 选择SPECTROCUBE满足您所有的石化分析需求！ 创新点：近期全新推出SPECTROCUBE型X射线贵金属测试仪器，新仪器的推出为测试中心、纯度标识和分析实验室，以及珠宝制造商提供了简单、可靠、准确、高通量的分析手段。其分析速度是同类仪器的两倍。 同类产品中测试速度之冠：是典型测试速度的两倍，高精度分析仅需15秒 分析范围宽和准确性高：一次分析，同时检定30多种元素, 包括痕量元素 整机无与伦比的易用性：只需简单的三步，即可得到精确的、完美的全分析结果 SPECTRO偏振能量色散X荧光分析仪CUBE