微型光栅光谱仪

课程内容 光谱测量系统组成 光栅技术 光栅光谱仪原理 小结讲师介绍熊洪武，HORIBA 应用技术主管，负责光学光谱仪的应用支持，光学背景深厚，有着丰富的光学系统搭建经验。可根据用户需求提供性能优异，功能独特的的光谱测试方案，如光致发光、拉曼、荧光、透射/反射/吸收等。课程链接识别下方“二维码”即可观看我们录制好的讲解视频了，您准备好了吗？ HORIBA Optical SchoolHORIBA一直致力于为用户普及光谱基础知识，其旗下的Jobin Yvon有着近200年的光学、光谱经验，我们非常乐意与大家分享这些经验，为此特创立 Optical School（光谱学院）。无论是刚接触光谱的学生，还是希望有所建树的研究者，都能在这里找到适合的资料及课程。 我们希望通过这种分享方式，使您对光学及光谱技术有更系统、全面的了解，不断提高仪器使用水平，解决应用中的问题，进而提升科研水平，更好地探索未知世界。

2015年4月15日，由聚光科技（杭州）股份有限公司牵头的“国家重大科学仪器设备开发专项—光栅型近红外分析仪及其共用模型开发和应用”开题报告会在杭州成功召开。来自浙江省科技厅、国家粮食局质量标准中心、中国药品食品检验研究院、广东出入境检验检疫局技术中心、河南省粮油饲料产品质量监督检验站、浙江大学、杭州电子科技大学的专家和领导，东华大学、三维集团和大北农集团等单位的用户代表，以及项目课题组的代表共50余人参加会议。 开题会现场 会议由陈训龙主持，浙江省科技厅领导发表讲话，聚光科技董事长兼CTO王健发表讲话，聚光科技实验室业务部总经理韩双来汇报项目实施方案。开题报告会紧紧围绕高精度光栅光谱仪研制及工程化、高维形象几何分析的NIR技术研究与软件开发、便携和实验室及在线近红外分析仪器研制及工程化、近红外光谱在粮食（饲料、种子、生鲜猪肉及肉制品）检测应用研究及专用仪器开发、近红外光谱纺织纤维成分无损和药物快速检测应用研究等几个议题展开。 与会专家认真听取了项目组的汇报，并经过质询与专家讨论，专家组一致认为：项目拟研制的科学仪器以需求为牵引，以应用为导向，应用面广，能有效促进经济社会发展和民生改善，带动我国近红外分析技术的发展；该项目所选用技术路线符合量大面广的近红外应用需求，是贴合我国当前国情的合适的技术的路线，经过本项目研究，将形成粮食、饲料、种子、肉类、药品、纺织品等大宗农副产品的综合性检测技术，能够有效的提升整体产业竞争力。与会专家和领导合影 作为此专项的牵头单位，我们是满满的收获和重任，我们有能力有信心推出更适合用户的光栅型近红外分析仪及共用模型尽快面世。 相关产品简介： 关于“国家重大科学仪器设备开发专项—光栅型近红外分析仪及其共用模型开发和应用”更多信息 请关注聚光科技官网www.fpi-inc.com 微信或行业媒体

光谱仪究其实质是一个“分光”仪器，现在有几种方式来实现分光功能。主流的方式是用光栅作为色散部件，将不同波长的光在空间上分开，用阵列探测器接收并输出光谱。另一种方式是用干涉仪调制入射光，用单元探测器接收被调制了的光，并输出光强随时间变化的曲线，再用傅里叶变换还原光谱，这就是傅里叶光谱仪。　　由于在UV-VIS-NIR波段，硅CCD, CMOS阵列的工艺成熟，性价比好，再加上无移动部件，可靠性好，因此，几乎无一例外地使用光栅色散，阵列探测器检测的方式。只是在波长大于900nm的近红外波段，硅材料实在无法胜任，才采用InGaAs线列探测器，但是，至少在现阶段InGaAs线列探测器还是太贵，于是才有人尝试采用傅里叶光谱技术，转动光栅技术，美国德州仪器公司的DLP(Digital Light Procession)技术，其核心是用MEMS技术制造一个微镜陈列，可以用集成电路芯片组驱动每一个微镜的方向，这样就可以用单元InGaAs探测器，使近红外波段的微型光谱仪成本下降。另一种思路是怎么把光谱仪做得更小，更便宜，干脆不用光栅分光，虽然性能不一定那么好，但是对于有些应用也许就足够了，这基本上就是用滤光片加线列探测器的方法。　　就采用光栅分光技术的微型光谱仪而言，其性能主要决定于三个方面，光学设计，光栅的选择，探测器的选用。　　光学设计又与采用的光栅种类有关，现用的光栅有反射光栅和透射全息光栅两大类，采用不同光栅的光谱仪光学设计方案有所不同。现在的主流是反射光栅，这是由于制造工艺相对成熟，因此价格也相对低一些的原因，采用反射光栅，又要做得体积小，采用折叠光路的设计就很自然了，因此，交叉光路Czerny-Turner 结构(Crossed Czerny-Turner)成为市场最流行的设计 另一类是透射全息光栅，它的主要优点是光栅效率高，导致光学系统的光通量大，对于一些测量比较微弱的光的应用，或者快速动态过程分析，不允许长的积分时间，就倾向于选择透射光栅，当然，价格相对会贵一些。　　以下我们就分析典型的交叉光路的Czerny-Turner 结构光谱仪(如图所示)。图 典型的交叉光路Czerny-Turner光谱仪结构。1为SMA 905接头，2为入射狭缝，3为长通滤光片(可选)，4为准直反射镜，5为反射光栅，6为汇聚反射镜，7为柱形汇聚透镜(可选)，8阵列探测器，9为线性可变滤光片阻挡高阶衍射光进入探测器，10为探测器的石英玻璃窗口，取代普通BK7玻璃窗口，用于工作在小于340nm的紫外波段光谱仪(可选)　　-用光纤将待测光束通过标准的SMA905接头接入光谱仪。　　-待测光束通过狭缝进入光谱仪，狭缝就是成像系统中的“物”，通常为矩形，根据应用的要求，狭缝的宽度可选，较宽的狭缝允许更多的光子进入光学系统，即系统的光通量较大，但这是以损失分辨率为代价。典型的狭缝宽度在5um-200um之间，高度为1mm。　　-从狭缝出射的光是发散的，我们希望入射光束的传播方向是可控的，不要散射到不该去的地方，导致杂散光太大，通过准直光学部件，通常是反射镜，将其变为平行光束。　　-光栅作为色散元件：这是对光谱仪性能有决定性影响的元件，不同波长的光被衍射到空间不同的方向。光栅的参数包括刻线密度，闪耀角度等，都会影响到光谱仪的性能指标，包括分辨率，波长范围，光栅效率曲线等。　　-反射镜作为光束汇聚器件，将光栅分光后不同波长狭缝的“像”汇聚到阵列探测器不同的像元上。每个像元会接收到波长范围很窄的光子(15 nm to 0.02 nm，取决于光谱仪的结构)　　众所周知，狭缝的宽度会影响到光谱仪的分辨率和响应率，　　-探测器阵列：探测器是实现光电转换的重要器件。线阵探测器上的每一个象元的读出数据对应于一个特定的波长范围，在紫外，可见光，短波近红外波段，硅CCD是目前使用最多的探测器，其性价比最好，探测器本身的噪声对光谱仪信噪比的影响。只有在900nm-2500nm的近红外波段才使用InGaAs线列探测器。　　-模-数转换电路ADC (Analog-to-Digital Converter):探测器读出电路给出的是电压模拟信号，通过ADC把模拟信号转换为数字信号，将每个像元输出的电压转换为一个特定的数字，这个读数被称为“counts”　　ADC器件性能的重要指标是它输出的数字是用多少位二进制数字来表示。一个12位的模数转换电路可以将满量程光强度用0-4096(212)个counts来表示。相应的，同样的满量程光强度，如果用16位的模数转换电路其输出则是用0-65535(216)个counts来表示。由此可见ADC器件的位数反映了光谱仪在垂直方向的“分辨率“。(如图xxx所示)ADC的位数越高其输出的读数就可以越”准确“地描述光谱的强度。　　因此，对于一个采用2048个像元的线列探测器和12位模数转换器件的光谱仪，每条光谱曲线会输出2048个波长和对应光强的数据对，每个光强的数据用一个12位数字表示。这些数据是光谱的原始数据。图 ADC的位数和垂直方向“分辨率“的关系示意图　　-光谱仪内还包括以微处理器为中心的一些电路，主要包含两部分功能。一方面，产生光谱仪CCD或CMOS探测器所需的控制时序，使探测器按用户设定的工作模式工作 另一方面，实现与PC机的通信，如从探测器中读出数据并传送到PC端。这些电路的性能，譬如，模拟电路的噪声水平、处理器的主频、缓存的大小和通信接口的速度，都会对光谱仪的整体性能有重要影响。

光谱学是测量紫外、可见、近红外和红外波段光强度的技术。光谱测量被广泛应用于多种领域，如颜色测量、化学成份的浓度测量或辐射度学分析、膜厚测量、气体成分分析等领域。　　在上世纪九十年代以来，微电子领域中的多象元光学探测器(例如CCD，光电二极管阵列)制造技术迅猛发展，使生产低成本扫描仪和CCD相机成为可能。美国海洋光学公司的微型光纤光谱仪使用了同样的CCD(CCD光谱仪)和光电二极管阵列探测器，可以对整个光谱进行快速扫描，不需要转动光栅。　　微型光纤光谱仪通常采用光纤作为信号耦合器件，将被测光耦合到光谱仪中进行光谱分析。由于光纤的方便性，用户可以非常灵活的搭建光谱采集系统。其优势在于测量系统的模块化和灵活性，且测量速度非常快，可以用于在线分析。而且由于采用了低成本的通用探测器，降低了光谱仪的成本，从而也降低了整个测量系统的造价。　　微型光纤光谱仪基本配置包括包括一个光栅，一个狭缝和一个探测器。这些部件的参数在选购光谱仪时必须详细说明。光谱仪的性能取决于这些部件的精确组合与校准，校准后光纤光谱仪，原则上这些配件都不能有任何的变动。那么微型光纤光谱仪在选型时有哪些必须要注意的呢？　　① 光学分辨率　　光学分辨率是配置微型光纤光谱仪时经常被考虑的主要因素之一。当用户为了追求微型光纤光谱仪的高分辨率时，在选型时会选择具有尽可能多像元数探测器的微型光谱仪。而实际上光学分辨率不仅仅由探测器的像元数决定，还与狭缝宽度和光栅的刻线密度有关。所以当讨论分辨率时，通常用色散或用波长范围除以像元数。　　半高全宽值(FWHM)，即最大峰值光强一半处所对应的谱线宽度是一种表述分辨率更好的方法(见上图)。用FWHM可以对不同光谱仪的实际光学性能进行直接对比。用这种表示方法可以避免一些缺陷，例如：有的光栅并没有用到全部像元 采用交叉式Czerny-Turner光路设计的光谱仪中，光学系统不能把狭缝清晰地成像在探测器上，这是由于光路中过大的反射角和固有的系统放大倍率造成的。 　　② 灵敏度　　灵敏度是配置光谱仪时所需要考虑的另一个因素。现在的主流微型光纤光谱仪都采用线阵探测器，所以灵敏度跟像素数没有任何关系。但面阵探测器例外，因为面阵探测器在垂直方向的每个像素都会被累积，在某种意义上垂直方向上的所有像素的累积可以被看成一个更大的像素。因此，在考虑某种应用对灵敏度的要求时，更重要的是看探测器的响应曲线。下图中给出了海洋光学微型光纤光谱仪采用的两种典型探测器的灵敏度响应曲线。　　③信噪比　　信噪比也是选配微型光纤光谱仪的一个因素。对于CCD光谱仪，较高的灵敏度导致了较低的信噪比。在一定范围内，可以通过对光谱进行多次平均来提高信噪比。平均次数的平方根恰好是信噪比提高的倍数。例如，光谱平均100次，信噪比能提高10倍。有些应用需要较高的信噪比，此时用户应当比较在光谱仪中的光学平台和探测器的综合信噪比。需要强调的是，用户一定要搞清楚厂家给出的信噪比是不是整个光谱仪系统的信噪比，因为只有整个光谱仪系统的信噪比才是最重要的。一个信噪比高的探测器配一个性能不高的光路，那么它的高信噪比就没有实际意义。比较不同探测器和微型光纤光谱仪间的信噪比的比较好的方法是：测量100次，然后对每个像元计算平均值和标准偏差，信噪比等于平均值除以标准偏差。测量信噪比时，信号强度应当接近饱和，并设置正确的平滑值(如果需要的话)。　　④ 光栅选择　　光栅选择是最比较复杂的。通常有两个因素决定了光栅的选择：波长范围和光学分辨率。波长范围受限于所选择的探测器或光栅，或二者都有。光学分辨率不仅受限于光栅，还受限于狭缝宽度和探测器的像元数和像元尺寸。还要考虑第三个因素，即光栅还会影响系统的灵敏度，这是因为不同的光栅的闪耀波长(即最高效率)位置各不相同。当对系统进行最优化配置时，最好查看一下光栅的效率曲线。下图中是海洋光学微型光纤光谱仪采用的几种典型的600线/mm光栅的效率曲线，效率最高点从紫外区到近红外区。　　⑤ 狭缝　　狭缝了也是选配微型光纤光谱仪的一个因素。微型光纤光谱仪有多种狭缝尺寸供您选择，狭缝安装在光纤接头处(见图)，并且被永久的固定在光谱仪上。有两点需要记住，狭缝越小，光学分辨率越高 狭缝越大，进入光学平台的光通量越多，即灵敏度越高。从本质上说，需要折中兼顾光谱仪的分辨率和灵敏度。　　　　⑥ 其他　　选择微型光纤光谱仪的其他选项会相对容易一些。例如可以选择升级UV4探测器后，探测器上的标准BK7窗片将会被石英窗片替代，用来增强海洋光学微型光纤光谱仪在波长340nm以下紫外区的响应能力。而其它探测器，比如薄型背照式CCD或CMOS则不需要这个选项。而为了避免二、三级衍射效应的影响，可以通过在位于狭缝与消包层模式孔之间的SMA905连接器中安装长通滤光片或在探测器的窗口处安装OFLV消除高阶衍射滤光片。　　正如上面介绍的几个因素所表明的，通过一些简单的步骤就就可以配置好满足您应用的微型光纤光谱仪。除了光谱仪，我们可能还需要考虑种类纷杂的光源和采样附件。

2006年，国际两家光电子杂志Laser Focus World和Photonics Spectra的编辑曾分别主动在世界技术新闻专栏中特别介绍了复旦大学陈良尧教授课题组研发的多光栅二维折叠光谱技术，认为该技术的创新原理和方法将能够被拓广并应用于更具挑战性的高效率光谱获取和分析领域，以及推广到中远红外光谱分析领域。 　　上海市计量测试技术研究院的资深光学科学家袁海林教授也曾评论到，&ldquo 采用多光栅结构对成像光谱进行高密度折叠，在很宽的光谱区内实现高分辨率、快速和长时间可靠测量，将会成为现代光谱仪设计中一个主流技术和发展趋势&rdquo 。 　　究竟是怎样的技术让国内外一片赞誉之声?为了寻求答案，近日仪器信息网编辑采访了多光栅折叠光谱仪技术的研究者&mdash &mdash 复旦大学陈良尧教授。 复旦大学 陈良尧教授 　　&ldquo 原理性创新&rdquo 　　光谱分析仪器在科学研究和工业领域有着广泛的应用，为满足应用需求，国际上已经发展了各种类型的光谱分析原理和方法，其中最主要的是采用棱镜和光栅等光学色散元件，结合高灵敏度探测器对各种光谱(如反射、透射、吸收、散射、椭圆、荧光、拉曼等光谱)进行测量和分析。但受到光电探测器光谱响应、光栅色散和机械扫描等因素的制约，只能被迫在光谱工作区宽度、分辨率和速度等参数之间做出妥协，从而严重影响和限制了其在许多重要领域的应用。这是国际学术和产业界长期未能解决的瓶颈和难题。 　　&ldquo 传统的光栅光谱仪需要使用机械装置对色散元件进行位移和旋转，这将限制测量速度的提高，而且机械转动部件的定位精度低，可靠性差，容易在操作过程中发生故障 另外，由于国内机械加工水平所限，使得国产光栅光谱仪的机械部件精度和可靠性不高，从而影响了光谱仪的整体性能水平，&rdquo 陈良尧说，&ldquo 另外，一块光栅难以覆盖全光谱范围，衍射效率为非均匀性分布，在其光谱衍射工作区的两端效率较低，影响了仪器的信噪比质量。&rdquo 　　在长期的光谱分析研究中，为克服传统仪器的这两方面局限性困难是陈良尧当初决定研发&ldquo 多光栅折叠光谱分析仪&rdquo 的原因，他希望能够研制出一种没有任何移动部件、光谱工作区宽、测量速度快的光谱仪。基于这一想法，陈良尧于90年代末开始&ldquo 多光栅折叠光谱分析仪&rdquo 的研制。&ldquo 这是原理和方法的创新，并非是&lsquo 阳春白雪&rsquo ，它的物理概念清楚，技术可靠，易于普及推广，只不过很多人没朝这方面去想。&rdquo 　　但是，当前光谱仪技术可以说是非常成熟了，再要尝试原理性创新，可能并不像陈良尧说的那么容易。在10多年时间的持续研究努力中，陈良尧教授经历了很多，如最初虽有设想，但缺少研究经费支持，在市场上也买不到现成的关键元器件，业内对这类极具应用前景的新原理和新技术的认识也不统一等等。不过，&ldquo 梅花香自苦寒来&rdquo ，2012年，最终实现的研究成果被选为国家自然科学基金&ldquo 十一五&rdquo 优秀成果。至今已经推出了多种可供实用的样机，集成组合的光栅数也由最初的3块增加到了10块。日前，陈良尧教授的&ldquo 极高密度二维折叠光谱成像装置&rdquo 课题入选了2014年高校自然基金国家重大科研仪器研制项目。 已研制完成的二维折叠光谱分析仪的整体外形图，250mm焦距，优于0.1nm光谱分辨率，全谱测量时间小于0.1s，重约8.9公斤。 　　多光栅折叠光谱仪采用了时间并联模式的快速光谱信号获取的新原理和方法，利用二维面阵探测器的优点，在一台光谱仪中，同时满足宽光谱区、高分辨率和快速测量的三项关键功能要求。在10光栅二维折叠光谱分析仪中，是将具有不同闪耀角和色散特性的10块子构成一个光栅阵列，克服了面阵CCD信号接受面的张角限制，在200-1000nm光谱区将一维约276mm光谱探测区的近2万个光谱数据点进行二维10重折叠，快速成像在二维面阵探测器的焦平面上。由于无任何机械位移部件，使得最小的光谱获取时间仅受限制于将光谱从CCD传输到数据存储器件所需要的时间，实现了全光谱高精度快速测量和分析。 　　&ldquo 所有用到光谱测量分析的地方都可以用&rdquo 　　&ldquo 多光栅光谱是通用型光谱仪，所有用到光谱测量分析的地方都可以用，如可以应用于食品环境等领域的科研与日常检测，而且未来完全可能替代常见的紫外、红外等光谱分析仪器。&rdquo 陈良尧对多光栅光谱仪的应用前景非常乐观，&ldquo 随着高性能低成本面阵光电探测器的普及，二维折叠光谱将成为主流光谱分析技术在更多领域实现推广应用。&rdquo 　　&ldquo 而且，由于改进了传统光谱仪的一些不足，使得该仪器可以用于一些极端条件检测。&rdquo 例如：由于无任何机械转动部件，多光栅光谱仪的全谱扫描速度最快能达几毫秒至数十毫秒，所以在清华大学等离子体实验室中，能利用它在真空条件下对等离子体原子谱线进行原位全谱检测分析，在相同的实验条件下，对各种原子态谱线进行比较分析，获得较为可靠的实验数据和结果。&ldquo 并且，等离子体实验室还希望通过合作，研究该技术在真空紫外条件下的应用。&rdquo 　　多光栅光谱仪既可以作为一种标准配置的光谱仪独立使用，也可以成为一个载体&mdash &mdash 作为光谱分析仪器的核心部件，可以极大简化分析仪器的结构。&ldquo 光谱仪是光谱分析仪器的&lsquo 心脏&rsquo ，目前很多国产光学分析仪器采用的还都是传统扫描型光谱仪，如果多光栅光谱仪能够得到普及，将会显著促进国产光谱仪器的更新换代。&rdquo 　　&ldquo 探测器技术与成本亟待突破&rdquo 　　&ldquo 目前在10光栅集成的仪器中，使用的是美国PI公司的CCD面阵探测器，单价在7万美元左右。高性能光电探测器依然是限制我国先进光谱分析技术发展的瓶颈，也是成本无法降下来、难于大规模普及的主要原因。&rdquo 不过，陈良尧也高兴地说到，已有国内企业正从海外引进新一代CMOS光电传感器技术，&ldquo 我们将会成为他们产品的第一批实验室用户。&rdquo 　　另一个关键元件&mdash &mdash 光栅则可以根据具体需求，既可以购买进口产品，也可以选择国内生产的。&ldquo 我们已经在国内找到一家企业，可以研制和生产出我们所需的光栅和其他光学器件。&rdquo 　　对于下一步研发方向，陈良尧介绍到，&ldquo 当前最重要的是把研究项目做好，并努力将这一技术应用到不同领域 另外，组合的多光栅模块本身也可以成为一个产品，现在的组合光栅的方位角还需要人工调试，未来希望能够采用自动化激光准直技术，研制出已被封装好、不需要调节的光栅组，用户拿到手里可以直接使用。组合的光栅数也有可能进一步增大，由现在的3-10光栅增至40-50块光栅的组合，满足更高精度的光谱分析需求。&rdquo 　　经过持续的研究努力，多光栅光谱仪已能够被实际应用。据介绍，除了面阵探测器国内目前还做不出来，其它重要部件都实现了在自己的实验室或在国内找到企业进行加工生产。说到这里，显现出了陈良尧教授比较独特的研究态度和模式，陈良尧将项目研究经费的很大一部分用于改造实验室环境，如在高性能光学仪器研究中，将购买高精度数控机床，用于仪器核心零部件的高品质研制和加工，保证质量，这在目前中国大学的实验室还比较少，对此，陈良尧说，&ldquo 这么做一方面是希望提高科学仪器的研究水平和效率，掌握核心技术，另一方面也十分需要培养研究生们的实际动手能力，不仅进行原理和方法创新，还需要采用先进制造技术，在学生时期就有能力亲手把这些仪器做出来，可靠实现创新科学仪器的各种新功能，在这方面与发达工业化国家相比，我国在培养学生具有硬科学技术研究能力方面的差距还比较大。&rdquo 　　&ldquo 由于高性能探测器价格一直居高不下，不利于大范围普及，目前仅根据一些用户需求进行定制，需要不断解决问题，让用户满意，建立良好的声誉，&rdquo 陈良尧说到。 　　后记 　　据了解，在陈良尧教授的研究成果2003年正式发表后，2007年在美国Light Smyth公司的广告中也出现了采用4种不同光栅结构参数组合的二维折叠光谱分析技术。而关于这一中国自主创新原理和技术的产业化途径，陈良尧无奈的说到，&ldquo 产业化的路还会比较长。&rdquo 究其原因，一是关键部件技术的局限，另外国家的支持政策等也是重要原因。就像采访最后陈良尧所说的，&ldquo 希望能够获得国家较高强度的产业化应用研究项目的支持，并与工业界的合作伙伴一起，使得这项技术被产业化，促进我国高性能光谱分析仪器的进步和发展，将会在国际上有自己的地位，产生出中国乃至世界上最好的光谱仪。&rdquo 　　编辑：刘丰秋

p style=" text-align: justify " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 　　作为光谱仪器的核心部件,光栅的地位举足轻重。近年来，针对我国机械刻划光栅的刻划面积及精度不足等问题，中科院长春光学精密机械与物理研究所(以下简称：长春光机所)开展了一系列的技术攻关，不仅成功研制出大型高精度光栅刻划机，而且该刻划机已成功制作出刻划面积为400mm× 500mm的世界最大面积中阶梯光栅。 /span /p p style=" text-align: justify " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 　　为了更深入的了解我国光栅及光谱仪器的研究现状及未来发展态势，仪器信息网编辑特别邀请到中科院长春光学精密机械与物理研究所李晓天副研究员给大家分享其在光栅及光谱仪器研发过程中的经验。 /span /p p style=" text-align: justify " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " /span /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 356px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/6a4b4291-b891-4b13-b4aa-d667cb197457.jpg" title=" 微信图片_20200710094424.png" alt=" 微信图片_20200710094424.png" width=" 450" height=" 356" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " strong 中科院长春光学精密机械与物理研究所 李晓天副研究员 /strong /p p style=" text-align: justify " span style=" font-size: 14px " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 　　李晓天，博士生导师，九三社员，Opt. Express等10余个权威SCI期刊审稿专家。自2006年参加工作，主要从事光电检测、衍射光栅及其在光谱技术领域应用研究等科研工作，作为项目负责人获批空间外差拉曼方面的国内第一个自然科学基金青年基金和第一个面上项目，以及吉林省技术攻关项目等 作为分系统或子课题负责人承担国家973课题、国家重大科研装备研制项目等，曾获“航天科技四院杰出青年”、“吉林省科技进步一等奖”、“吉林省青年文明号”等荣誉。获授权发明专利28项，其中第一发明人12项 在Opt.Express等权威SCI/EI期刊发表论文40余篇，其中第一/通讯作者16篇。培养的博士和硕士研究生获得国家奖学金、中科院院长奖、中科院新生奖等10余种奖励,其中一名学生连续两年获国家奖学金后公派留学于美国哈佛大学 /span 。 /span /p p style=" text-align: justify " 　　 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 我国高精度平面刻划光栅已处于国际领先水平 /strong /span /p p style=" text-align: justify " 　　衍射光栅是最重要的一类光学色散元件，它是绝大多数光谱仪器的核心器件，其精度高低直接决定光谱仪器性能的优劣。按制作方法, 衍射光栅可分为机械刻划光栅、离子束刻蚀-全息光栅、体全息光栅等。随着国家支持力度的加大，我国各类光栅制作技术均有显著提升，与国外最高水平的差距也越来越小，特别值得一提的是，我国的机械刻划光栅制作技术已达到国际领先水平。 /p p style=" text-align: justify " 　　机械刻划光栅的性能主要由光栅刻划机的运行精度决定。据李晓天介绍，光栅刻划机是制作光栅的母机，机械刻划光栅主要是通过光栅刻划机的金刚石刻刀在光栅基底的膜层上挤压成形出一系列具有一定规则形状和间距的刻槽，在此期间，刻划机的基底工作台要不断进行精密进给运动，而金刚石刻划刀要不断进行往复运动，光栅刻划的定位精度要达到纳米量级。因此部件的加工装调精度要求极高，运行保障环境要求也极为苛刻，光栅刻划机也被誉为“精密机械之王”。 /p p style=" text-align: justify " 　　李晓天开展的光栅研究主要是针对机械刻划光栅，采访中他给大家详细介绍了自己在这方面的工作。据介绍，李晓天通过仿真分析和科研经验等，指出国产光栅刻划机刻划系统结构不够稳定是导致刻划出的光栅杂散光较大的主要原因之一，最终通过大量的实验验证了这一结论 据此，他在导师唐玉国研究员等前辈的悉心指导下，在国内率先开展了光栅刻划系统误差修正技术研究，最终使得刻划出的光栅杂散光从10 sup -3 /sup 量级降低至可达10 sup -5 /sup 量级，此外他还开展了衍射波前主动补偿、光栅性能实时检测技术等研究工作，有效提高了光栅刻划机及刻划光栅的性能。目前，李晓天及其所在的大光栅团队已研制出高精度大光栅刻划机1台，主要性能指标为：最大刻划面积：400mm× 500mm；最高刻槽密度：6000线/mm；仪器运行的短期定位误差：≤3.0nm(1σ)，并已成功制作出刻划面积为400mm× 500mm的世界最大面积中阶梯光栅,获得“吉林省科技进步一等奖”、“吉林省青年文明号”等荣誉。相关成果被中央电视台新闻联播、人民日报、科技日报、经济日报、光明日报等多家媒体进行报道。 /p p style=" text-align: justify " 　　谈到其开展的光栅相关工作，李晓天自豪的说，“就光栅定制而言，我们光栅产品价格要比国外产品低的多，国内的一些企业获得信息后，原本计划在国外采购的光栅也改为从我们单位定制采购了。”据悉，长春光机所的刻划光栅产品已在北京博晖创新光电公司、浙江大学、加拿大多伦多大学、中科院西安光机所、中科院上海技物所等单位研制的光谱仪器中得到了成功应用。其中，加拿大多伦多大学将他们研制的红外中阶梯光栅与美国Bach公司制作的194线/mm中阶梯光栅进行了对比，结果发现该光栅性能优于美国Bach公司产品，其中TM波的光栅衍射效率高出约20%左右；北京博晖创新光电公司将长春光机所的光栅产品与其购买的一块国外产品进行了对比，发现长春光机所的光栅产品性能更优。 /p p style=" text-align: justify " 　　 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 以光栅自主创新促进光谱仪器进步 核心部件国产化率亟待提升 /strong /span /p p style=" text-align: justify " 　　作为光谱仪器的核心部件，光栅技术的深入对光谱仪器的开发具有重要的指导意义。在完成了光栅刻划机研制之后，李晓天的研究重心转向光栅应用技术，其曾参与了中阶梯光栅光谱仪、光栅杂散光测量仪、傅立叶变换型光栅衍射效率测量仪和成像光谱仪等研究工作。特别是近几年，他开始了拉曼光谱技术的研究工作。对此，李晓天表示说，由于拉曼光谱不怕水，可以在水溶液或者水环境中实现物质的检测，做完拉曼光谱仪技术的基础研究工作以后，下一步的工作重点是要将其应用到生物医学、星际探测等与国计民生息息相关的重要领域中。 /p p style=" text-align: justify " 　　现有的拉曼光谱技术，如色散型拉曼光谱仪因存在入射狭缝，导致其在高光通量、高分辨率、宽波段、无运动部件等性能方面难以兼顾。为解决以上影响拉曼光谱技术发展的关键问题，李晓天从2015年开始研发可兼具高光通量、高分辨率等以上性能的新型空间外差拉曼光谱仪，并作为项目负责人成功获批了空间外差拉曼光谱方面的国内第一个自然科学基金青年基金项目和第一个面上项目。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 312px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/0dc5b33a-9e92-4c9a-8052-ddb610c8743b.jpg" title=" 微信图片_20200710094022.png" alt=" 微信图片_20200710094022.png" width=" 600" height=" 312" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " strong 拼接光栅型空间外差拉曼光谱仪原理样机(左)及硫磺样品的外差拉曼干涉图(右) /strong /p p style=" text-align: justify " 　　据介绍，空间外差拉曼光谱仪无入射狭缝，且整个仪器没有运动部件。通过探测器单次测量及分析，即可获得全波段的待测物拉曼光谱信息。而且仪器结构紧凑，其除探测器以外的核心光学模块的尺寸可以做到15cm× 15cm以内，因此仪器可兼具高光通量、高分辨率、宽波段、无运动部件等性能。空间外差拉曼光谱仪将在待测物拉曼信号较弱、有限载荷使用条件以及待测环境条件恶劣等方面具有较好的应用前景，此外在透射拉曼光谱领域也可以发挥其优势。 /p p style=" text-align: justify " 　　在拉曼光谱仪研究过程中，李晓天提出光栅拼接型空间外差拉曼及LIPS光谱仪、中阶梯光栅型空间外差拉曼光谱仪和空间外差型太赫兹拉曼光谱仪等新型仪器结构，并带领团队突破关键理论与技术，设计出具有棱镜视场展宽能力的高光通量空间外差拉曼仪器原理样机，其测得的硫磺等样品信号强度可达同等分辨率和测量波段范围的传统色散型仪器的100倍；给出基于三阶极小值和多子区间分割的光谱背景扣除算法，可有效解决背景光干扰等对拉曼光谱测量的影响 提出通过光阑和光学陷阱等抑制仪器杂散光的方法；提出基于中阶梯光栅多级次锥面衍射的空间外差拉曼光谱仪结构等等。 /p p style=" text-align: justify " 　　近几年，国内的一些知名企业和院校纷纷开展了拉曼光谱仪器研发工作，使得我国拉曼光谱仪研发力量得到了较大的提高，但整体来说与国际最高水平仍存在一定差距，在全球市场中所占份额较低。对此，李晓天分析到，光栅等拉曼光谱仪的核心光学元件在国产拉曼光谱仪中的国产化率并不高，主要原因是我国光栅技术水平的提升是在近几年发生的，目前国内的科研院所和企业大多还不清楚国内的机械刻划光栅水平已得到显著改善且定制价格远低于国外产品这一事实。相信随着时间的推移，我国拉曼光谱仪产品中的光栅国产化率会得到大幅度提升。此外，李晓天也提到，除了光栅以外，拉曼滤光片也是仪器的核心元件，特别是低波数拉曼滤光片尚未实现高性能产品国产化，制约着相应仪器的发展。 /p p style=" text-align: justify " 　　 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 国产光栅及光谱仪发展展望: 一代光栅对应着一代光谱仪 /strong /span /p p style=" text-align: justify " 　　从核心部件到仪器整机，李晓天在光学仪器研发领域已经工作了10余年。据悉，未来他还将继续开展新型高端光栅光谱仪研究工作，在高分辨率、高通量、高灵敏度光谱仪器研制方面继续开展深入的研究。不仅如此，他还计划尝试开展拉曼光谱技术在生物医学等领域的应用研究。 /p p style=" text-align: justify " 　　采访中，李晓天指出，目前国内的光栅刻划机只能刻划平面光栅，但是国内外市场对凹面光栅和凸面光栅等非平面光栅的需求也日益迫切，若能采用光栅刻划机进行非平面光栅研制，将能够有效解决现有的非平面光栅的衍射效率等性能难以满足诸多领域使用需求的难题，所以希望国家或地方政府可以对非平面光栅刻划机的研制进行专项资金投入。再者，国内外天文望远等领域对更大面积光栅仍有使用需求，不过如果直接研制可以刻划更大面积光栅的刻划机，对机械和精密控制等技术具有更高需求，需要的资金投入也较多，因此发展投入相对较低的大光栅拼接复制技术也是未来光栅技术的重要方向。此外，超环面光栅、大面积体全息光栅等其它光栅技术也应该开展深入研究。 /p p style=" text-align: justify " 　　对于我国光谱仪器研发的现状,李晓天分析到，衍射光栅是光栅光谱仪器的核心元件，在仪器研发中意义重大。但是现在国内大多数仪器厂家和单位在进行光谱仪器设计时，往往先在现有产品中选择一个测量波段等指标相对适合的光栅产品，然后根据该光栅参数进行仪器设计，这将导致仪器设计存在一定局限性。李晓天指出，大家应充分发挥光栅在光谱仪器研制中的重要作用，如根据仪器光路结构，去优化光栅参数再去定制该光栅，将大大提高仪器性能。一代光栅对应着一代光谱仪，若能进一步提出新的光栅设计参数或者新的光栅类型，则有望产生新一代光谱仪器!以新型的中阶梯光栅、离子束-刻蚀全息光栅、体全息光栅、超环面光栅、各类其它非球面光栅以及特殊类型光栅为核心元件的光谱仪器将逐步登上我国的历史舞台。 /p p style=" text-align: justify " 　　此外，对于大家关注的科研成果转化问题，李晓天也谈到，我国在光谱仪器研发方面已具有多年的经验积累，也取得了较好成绩，但是，企业与科研院所之间存在一定的技术脱节，也就是说科研院所把光谱仪器研发后，并没有与企业形成较好的对接。不过，他也提到，目前国家已经形成一些激励政策，相信未来科研院所和企业会形成的良好合作模式。 /p p style=" text-align: justify " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 　　附注：李晓天副研究员课题组隶属于国家光栅制造与应用工程技术研究中心(简称为国家光栅工程中心)，该中心拥有60年以上的光栅研制及光谱仪器研发经验，具有完善的光栅制造设备、丰富的光学设计及精密装调技术、光谱仪标定设备、精密微动工作台、精密光学检测仪器、光学系统计算辅助装调设备等，具有自主研制高刻线密度光栅、中阶梯光栅和多种全息光栅等能力。先后研制出中型和大型摄谱仪、红外分光光度计、紫外分光光度计、大型真空紫外单色器、空间太阳紫外光谱辐照监视器、可见和红外高分辨率成像光谱仪、中阶梯光栅光谱仪、凸面光栅光谱仪、微型生化分析仪、近红外水分分析仪、近红外粮食成分分析仪、荧光在线水中油测试仪等仪器。 /span /p

大概5年前，拇指大小的小型光谱仪（MS系列）上市发售并显著拓宽了光谱仪的应用。滨松公司现在已经研发了比以前更小的低成本微型光谱仪。该微型光谱仪是一个只有5克重量的超小模型。尽管性能和我们现在的小型光谱仪（MS系列）大部分相同，但是微型光谱仪更加紧凑坚固，且价位低廉。应用包括仍存在巨大的未开发市场的消费电子领域。为了更多了解微型光谱仪的研制背景、潜在应用和未来发展前景，我们采访了参与研发产品的4名成员。滨松微型光谱仪C12666MA 世界上最小的光谱仪你们是如何着手把一个指尖大小微型光谱仪的想法转化为产品的？ Shibayama:光谱仪的通常形象是安装在实验室工作台上的一个大设备，但我们坚持研发的目的在于开发一种尽可能小的高度便携可移动产品。大约10年前，我们发布了掌上电脑大小的小型光谱仪（TG系列），大概5年前，发布了拇指大小的小型光谱仪（MS系列）。然而客户仍要求我们让它们尺寸更小价位更低。因此，我们着手工作并研发这种新的微型光谱仪。 Yokino:与宽度小于75px的小型光谱仪（MS系列）相比，微型光谱仪大概2厘米宽，在体积和重量上比MS系列的小型光谱仪小和轻约50%。这种新型微型光谱仪的封装用是金属制作的，而MS系列是塑料封装。具体来说，我们换了一个高度可靠和坚固的密封封装（见注）。这让我们在保持与MS系列相同性能的同时大幅的降低了成本和尺寸。注意：密封封装是金属-金属或者玻璃-金属焊接的气密性封装，能够保护内部组件并隔绝湿度。 客户尺寸更小的需求背后有什么背景吗？ Ito:考虑到尺寸和价格，传统光谱仪主要用于测量和工业应用，不用在个人或者私人层面。然而，市场上小型光谱仪（MS系列）的出现改变了这一概念，我们随之开始研究更小更便宜的光谱仪。但在尺寸和价位方面需要更进一步，以使它们在消费电子市场得到广泛应用。 Hikita:小型光谱仪可以内置在紧凑设备中。例如，我们将看到室内与智能手机或医疗设备相连接的新应用。 Yokion:考虑到室内和室外使用，我们决定采用高坚固、可靠的金属来制造密封封装，而不使用水分可以穿过的塑料封装。 市场上有类似产品吗？ Hikta:是的，只考虑尺寸，有类似产品。然而严格来说，它们并不相同，因为我们的微型光谱仪让光线从狭缝通过，而竞争产品使用光纤传导光。 Ito:所以如果你规定相似产品为允许直接输入光的光谱仪，那么我们的产品是世界上最小的，并且具有高性能。我们的产品很可能在市场上开拓了一个全新的领域。 采用MEMS和图像传感器制造技术实现紧凑尺寸和高性能相比目前的产品，你们如何能使其尺寸更小？ Shibayama:通过重新审视光学设计和组成部分，优化MEMS技术并简化结构，我们实现目标。此微型光谱仪包括三个部分，一个光线可以进入的狭缝，一个光谱衍射光栅和一个探测光的图像传感器。我们利用MEMS技术制造这些部分，因此MEMS技术是我们可以制作更小的微型光谱仪的主要因素。更具体地说，我们利用MEMS干法刻蚀技术形成让光通过到达图像传感器的狭缝，还使用了称为纳米压印的精细成型技术形成衍射光的光栅。 Yokino:在光谱仪尺寸和性能特点间有一种权衡关系。当尺寸变得更小，分辨率和性能都下降。我们的微型光谱仪采用光在光谱仪内部反射一次后再衍射的方法，并在尺寸和性能方面都具有尽可能好的表现。 降低成本过程中你们如何解决遇到的问题？ Shibayama:小型光谱仪（MS系列）使用一个玻璃透镜作为光传输的介质。如果玻璃本身的尺寸精度可以保持，玻璃能够提供为光谱仪所要求的精度。然而，玻璃透镜的成本高，所以我们不得不放弃玻璃镜片并找到满足要求的低成本替代品。 Yokino: MS系列的小型光谱仪通过纳米压印在玻璃上形成一个光栅。然而，如果纳米压印失败，玻璃透镜将无法使用，造成的问题成本更高。所以我们重新评估将光栅作为独立单元制造来代替在玻璃透镜上形成光栅的可能性。这将减少生产光栅的玻璃，在降低成本上也是有效的。 微型光谱仪中使用了何种型号的传感器？ Yokion:微型光谱仪使用一个集成了入射狭缝的图像传感器。此类型传感器可使光谱仪减小到指尖大小。入射光经光栅衍射后，短波长光到达入射狭缝位置很近。如果狭缝和传感器是分离的，需要极高精度的定位，否则会降低光谱性能。和传感器集成的狭缝不存在此定位问题。 Shibayama:我们还给集成了入射狭缝的图像传感器增加了截止滤波片（见注）。在生产小型光谱仪（MS系列）时，我们在金属接线的玻璃接线板上安装图像传感器，并在此玻璃接线板上制造截止滤波片。但是对于微型光谱仪，我们不用玻璃而是利用中空来传导光，所以用这种方式为图像传感器制造截止滤波片是不可或缺的工序。 Ito:除了接收光的基本功能，由于具有入射狭缝和截止滤波片，图像传感器还有其他价值。我们的独特优势是同时具有图像传感器技术和MEMS技术。注：截止滤波片是能够去除多重反射光和衍射光等杂散光分量的滤波片，却不影响被测光。 为客户应用开发提供理想性能参数你们预期此微型光谱仪具有何种应用？ Ito:我们目前收到有关颜色的应用需求，比如便携式色度计和打印材料的颜色检测等。从小型光谱仪（MS系列）到微型光谱仪也增加了与定点医护工作相关的手持医疗设备的咨询。使用小型、低价、高可靠性的防潮封装证明是成功的。 Hikita:我们的立场是帮助客户开发用于消费电子产品的光谱仪应用。因此我们认为我们的主要任务是为客户提所需性能参数以使光谱仪应用成为现实。 你们可以定制生产设计来满足客户需求吗？ Ito:我们首先验证客户所需性能参数和预计数量，如果需要大量产品，我们之后会提出符合要求的设计。当收到产品需求，初始阶段我们的工程师会讨论研究。 你们可以举一个和客户讨论的具体例子吗？ Hikita:比如针对糖尿病患者的葡萄糖监测仪的讨论。如果一个产品能够利用光来诊断葡萄糖水平，这将解除患者巨大负担。为了使这种产品成为现实，我们首先验证必须的特性参数，之后做必要协调和调整。 Yokino:我们在去年九月份举办的科技展览——2013光子展览上介绍了微型光谱仪，收到了来自参观者的积极反馈。我们准备了与智能手机相连接的概念模型来验证诸如颜色分析等应用，引发在光谱分析和其他应用中使用的特定讨论。通过向客户展示模型本身并引导他们联想实际中如何应用，我们获取了重要的结果。 Ito:光子展览上有很多对微型光谱仪与智能手机相耦合感兴趣的客户。也有一些特别的咨询，比如是否能够用于调整剧场照明或者在教学中是否能够教导孩子光波长。小型尺寸引发人们思考，它是否可以用于此处呢也同样激发人们关于新应用的想象。大多数情况下，是先有一个目标应用，再生产满足此应用的产品，但是微型光谱仪却更可能是创造新应用。你可以它称为反向工作的现象。不去管它究竟能完成什么，我认为它确实拓展了未来可能性。 从今年三月份官方发布后，反响如何？ Hikita:官方发布前，去年底我们已经能够提供样品，销售了大约100个样品，其中很多被国外购买。一些客户评价，尽管外形小巧，仍然可以保证精确测量。还有其他诸如此类的积极反响。 Ito:今年9月份，我们的新13号大楼将在主要工厂投入生产。我们将在那里做产品研发并建立车载装置和移动终端大规模生产系统，比如基于MEMS技术的微型光谱仪，同时提出解决日渐增加的客户需求。（工厂现已投产） 你们从这里预测到什么样的发展趋势？ Shibayama:尽管微型光谱仪现在已经做到可以放到指尖上的尺寸，我们仍接到来自客户做到更小更薄的需求。目前反射光束一次的方法已经达到此尺寸的极限，所以为了满足更多的需求，我们不断地把新的想法融入设计来开发更小的设备。 Hikita:直到现在我们都采取只提供硬件，把电路和软件开发留给客户。但是如果我们也为客户解决这些额外的请求，我们的产品将会更易使用。我是负责模块开发领域，所以我们现在准备提供包含必要电路的软件和模块产品，而不仅仅是设备级。 滨松微型光谱仪MS系列和新型微型光谱仪C12666MA比较规格MS系列光谱响应范围340 to 780 nm640 to 1050 nm340 to 750 nm光谱分辨率(FWHM, 最大值)15 nm20 nm14 nm总像素数256 pixels256 pixels256 pixels测量条件Ta=25 ℃典型值 Ta=25 ℃ (特殊说明除外)典型值 Ta=25 ℃ (特殊说明除外)重量5g9g9g大小20.1 × 12.5 × 10.1 mm27.6 × 16.8 × 13 mm27.6 × 16.8 × 13 mm 更多滨松微型光谱仪信息，敬请点击表格按钮。

在微型光纤光谱仪中，光子会经历一个曲折而漫长的过程，从光子的产生、传输，光电转换，模拟信号到数字信号，再到通过电脑将光谱展示出来。过程是曲折的，但结局是美好的。那么光子在微型光纤光谱仪中都发生了些什么?　　光子历程将从光的激发开始。光子可以来自于大自然中的太阳、星辰，日常生活中的光源、LED或者激光，也可以来自于荧光物质或者由拉曼散射产生。无论光子源于哪里，不同光子都能产生特定的光谱谱线，而光谱的形成伴随着光子的一生，从产生到消亡。 　　光子在到达狭缝前，会经历一个崎岖的旅程。光子在自由空间中传播时，会被传输过程中其他物质反射、透射或者吸收。不同的物质会在不同波长情况下相互作用的时候过滤、更改或者消除不同波长的光子。光纤作为最基本最简单的耦合工具，可以将光从一个单点耦合至另一器件中，并且能防止其他杂散光的进入。光子在到达狭缝前，通过光纤可以更顺利的到达光谱仪，减小损耗，降低噪音影响。　　狭缝是光子进入光谱仪狭长细小的入口，它能保证光子尽可能有效地耦合到光谱仪内部。狭缝越大，通光量越大，但是光学分辨率越差，所以狭缝在选择大小尺寸时，需要权衡通光量和光学分辨率的大小。　　光子通过狭缝进入光谱仪内部，仍在一个自由空间内传播，到达第一个元器件为准直透镜。由于准直镜可以保证所有光子都以平行路径到达下一个元器件，确保所需测量的光束不发散或者散射，所以可以使光束最大利用率的得到使用。　　准直镜将光反射至衍射光栅上，光栅将不同波长的光进行分光。分光作为一个重要的阶段，将光束分为不同波长段，使光谱仪有效地检测不同波长的光信息。　　衍射光栅发射出来的光再通过聚焦镜进行聚焦，保证每个波长的光都尽可能地投射到检测器上。一维线性排列的CCD或CMOS检测器，每个像元能够接收窄范围波长的光子。　　每个像元以量子阱的形式工作，收集特定范围的光子。当积分时间开始时，量子阱开始接收满电压电荷。当一个光子撞击量子阱时，同一时间量子阱内电荷就得到释放。积分时间越长，每个像元就会接收到更多的光子。一旦电荷释放完成，单个像元阱就会饱和，那新的光子信号就不会被采集。当光子撞击检测器的同时，即转换成了电信号，这时光子能量完成释放，光信号转换为电信号的过程也随之结束。　　之后进入到数字模拟阶段，积分时间完成时可以通过检测像元读出电荷水平值。读出的模拟信号通过AD(模拟-数字)转换器，可以将每个像元的电压值读出成特征的“counts”强度值。通过数字处理，由光子信号而来的电信号就转换成数字信号，即光子转换成数据。当光子在光谱仪中的旅程结束也就意味着另一个旅程的开始——电信号的转换，软件的输出。　　当从光谱仪读出相关光谱后，希望读出的光谱数据是非常平滑且不失真的数据，这时候就需要利用光谱处理技术对原始光谱进行平滑和过滤：电子暗噪声扣除，由“光学暗像素”获得的平均电子暗噪声，可以校准读出噪音和温度躁动偏移 非线性校准，使用出厂校准7阶函数对光谱仪进行校准，确保每个像素点的响应成线性关系 平滑度，通过设置平滑次数，可以对每个像素和与之相邻像素的测量值进行平均 平均次数，通过增加平均次数提高信噪比。　　处理后的光谱数据可通过USB从micro的转接口与电脑连接进行数据传输。在未来产品中，除了USB通讯连接，光谱仪还提供其他的通信方式，如蓝牙、太网、WiFi等。　　从光子的产生、光谱仪中的传输、到达检测器像元，数据的处理及传输，光子经历了一段崎岖的旅程。微处理器，检测器和光纤光学的不断发展，使得光谱技术不仅仅局限于实验室中，微型光纤光谱仪将把光谱技术带到人们的日常工作中，改善人们的生活方式。（来源：海洋光学）

微型光谱仪具体模块化和高速采集的特点，在系统集成和现场检测的场合得到了广泛的应用，结合光源、光纤、测量附件，可以搭配成各种光学测量系统。　　光谱仪器是应用光学技术、电子技术及计算机技术对物质的成分及结构等进行分析和测量的基本设备，广泛应用于环境监测、工业控制、化学分析、食品品质检测、材料分析、临床检验、航空航天遥感及科学教育等领域。由于传统的光谱仪存在着结构复杂、使用环境受限、不便携带及价格昂贵等不足，不能满足现场检测和实时监控的需求。因此，微型光纤光谱仪成为光谱仪器发展的一个重要的研究方向。　　近年来，由于光纤技术、光栅技术及阵列式探测器技术的发展和成熟，使得光谱检测系统形成了光源、采样单元及摄谱单元相分离的结构形式，整个系统结构更具模块化，使用更加方便灵活，从而使微型光纤光谱仪成为现场检测和实时监控的首选仪器。　　那么，相对于传统的光谱仪，微型光谱仪器都有哪些优势呢？总体来说，微型光谱仪的优势体现在以下几个方面：　　适合现场分析，即待测样品在那里，就在那里进行分析，而不是将待测样品取回实验室进行分析。适合手持，移动应用。　　适合工业在线应用，作为可以分析化学组分的光学传感器，而且由于光谱仪内部结构中没有移动部件，因此可靠性好，所以特别适合对于生产工艺过程的在线控制。众所周知传统的压力，温度传感器在工业上已有广泛应用，设想一下，这种可以分析化学组分的光学传感器具有多大的市场潜力。　　由于采用光纤，可以在200米外进行远程分析，这对于分析易燃，易爆样品，对人体有害的放射性，化学或生物样品的应用非常有吸引力。例如，在石化，反恐，化学战，生物战，核电站的应用。　　由于其快速测量的特点，测量可在几秒钟，甚至几毫秒内完成譬如，对于数以万计的LED产品快速分类。　　由于其非接触，非破坏性测量的特点，使其在考古，珠宝鉴定，司法鉴定，制药业原材料鉴定，食品质量控制等方面有重要应用。

2月22日消息，俄罗斯施瓦贝Shvabe公司近日宣布，将于今年进军中国市场。目前，Shvabe不仅在衍射光栅的生产和销售方面具有巨大潜力，并且具有军用和民用光电子系统的研究和生产基础。　　据了解，Shvabe公司旗下的俄罗斯国家实用光学研究所(OJSC NPO GIPO)已经获得了宽波段衍射光学元件(衍射光栅，全息光学元件及全息合成图)业界的认可。公司拥有上述元件特殊的生产和测量设备。　　仅在2015年，该研究所就与德国一顶尖公司签订了凹型全息衍射光栅的合同，并向德国出售了200件该型光栅，旨在促进人民生活质量提升的智能技术的发展。　　全息光栅被应用于光谱分析和管理激光系统辐射参数。光谱设备借助全息光栅能够进行光谱成分研究，包括其折射率、反射率及分散率，从而分析化学成分。这样的研究能够判断产品的物理和化学特性。如果将光谱设备应用于生产中，能够检测金属合金中的杂质，蔬菜、水果、肉类及奶制品的中的硝酸盐和亚硝酸盐。该设备不仅能探测出机场里的爆炸物，也能测量糖尿病患者血液中的血糖水平。　　俄实用光学研究所首席执行官弗拉基米尔伊万诺夫表示，“微型光谱仪中的凹型全息光栅与平面型相比具有更高的性能。该光栅的生产采用了光学方法，因此和采用传统刻文方法的光栅不同，能够不受暂时性和偶然性的笔画排列错误的影响，同时能大大减少散射光。”　　目前，该研究所已向白俄罗斯、挪威、爱尔兰、芬兰、法国、立陶宛和德国出售了各类型的光学元件，并计划将于2016年进军中国市场。多年以来，研究所的科学专家创造了超过1500项的发明。

紫外线敏感C16767微型光谱仪是市场上最小的紫外线光谱仪。非常适合用于环境应用的小型仪器和通过吸收分光光度法分析水污染物。 微型光谱仪 C16767MA指尖大小的超紧凑型光谱仪探头，支持实现高灵敏度和长波长范围 C16767MA 是一款高灵敏度、超紧凑（指尖大小）的光谱仪探头。C16767MA 支持紫外区域（190 至 440 nm）。该产品适合集成到各种紧凑型设备中。特点- 指尖大小：20.1 × 12.5 × 10.1 mm- 重量：5 g- 光谱响应范围：190 至 440 nm- 高灵敏度- 光谱分辨率：最大 8 nm- 支持同步积分（电子快门）- 用于集成到移动测量设备中- 检查成绩单中列出的波长换算系数。应用示例水质分析大气分析（NO、SO2 等）监测 UV-LED、UV-A、UV-B 和 UV-C半导体制程监测器（等离子体、气体等）特点C16767MA 是一款采用 CMOS 图像传感器的新型微型光谱仪，利用蚀刻技术整合狭缝，并通过纳米压印光刻技术制作反射凹面光栅。C16767MA 配备图像传感器，增强了抗紫外线性能，并且针对紫外线衍射优化了衍射光栅。此外还利用我们独特的光电半导体制造工艺，在图像传感器上形成杂散光截止滤波器，从而限制在衍射期间产生的杂散光进入图像传感器。结构入射光侧（芯片背面）测量示例左图显示了硝酸、亚硝酸和 BOD（生化需氧量）的测量示例，通常会在水分析中检查这些测量指标。可以理解为，使用 C16767MA 的演示模块执行测量可以获得有利结果。在测量蒽这种有机化合物时，得到了与台面规格分光光度计测量等同的结果，如中间和右侧图表所示。硝酸、亚硝酸、BOD（使用 C16767 MA 测量）蒽（使用 C16767 MA 测量）[对照样] 蒽（使用分光光度计测量）详细参数光谱响应范围190 至 440 nm光谱分辨率（FWHM）（典型值）5.5 nm最大光谱分辨率（FWHM）8 nm制冷非冷却型内置传感器带狭缝的 CMOS 线阵图像传感器像素总数288 像素测量条件典型值 Ta = 25°C，除非另有说明外形尺寸图（单位：mm）相关文档预防措施Disclaimer / Opto-semiconductors [36 KB/PDF] Precautions / Mini-spectrometers [435 KB/PDF] 目录/技术说明Selection guide / Mini-spectrometers [3.4 MB/PDF] Technical information / Mini-spectrometers [2.8 MB/PDF] The UV mini-spectrometer revolutionizing environmentalanalysis 文章来源：Hamamatsu Photonics，The UV mini-spectrometer revolutionizing environmental analysis，Wiley Analytical Science, Spectroscopy, 07 May 2024供稿：符 斌

摘要：光纤光谱仪自从上个世纪末被发明以来，其应用越来越广泛。交叉式切尼-特纳(czerny-turner，简称c-t)光路和基本型c-t光路(m型光路)，是光纤光谱仪中最常见的两种分光光路，本文将详细介绍交叉c-t光路和m型光路的基础原理和各自的优缺点，交叉c-t光路结构紧凑、灵敏度较高，而m型光路分辨率较高、杂散光性能更优。　　常见的微型光谱仪一般是基于光栅分光，光谱仪的光学光路系统主要分为反射式和透射式系统，透射式系统光学系统体积较小并且光强较强，但在远红外到远紫外的光谱范围内缺少制造透镜所需要的材料，会导致测得的光谱曲线不准，因此现代微型光谱仪很少采用这种结构 反射式系统适用的光谱范围较广，虽然相比透射式系统光强较弱，但反射镜不产生色差，利于获得平直的谱面，成像镜选用反射镜能够保证探测器系统接收光谱的质量。所以市面上主要以反射式光路的光谱仪为主。　　反射式光路中，目前光纤光谱仪市场，比较普遍采用的光路结构形式分为：基本型切尼-特纳(czerny-turner)光路结构(非交叉式)和交叉式切尼-特纳(czerny-turner)光路结构。基本型切尼-特纳(czerny-turner)光路结构因其形状酷似字母“m”，因此也常被称为m型光路结构，这便是m型光路的由来。　　图 1基本型切尼-特纳(czerny-turner)光路结构，光路看上去像字母“m”，所以也称为m型光路。m型光路看上去也像阿拉伯数字“3”，因此奥谱天成m型光路光谱仪的名称均带有3(第三位数为3)，如atp5030、atp5034、atp3030、atp3034 　　图 2 交叉式c-t光路结构示意图　　光谱仪光路的光学性能，主要受数值孔径、球差、像散、慧差，及各种像差的综合性影响，从而决定了系统的光学灵敏度、杂散光和光学分辨率。　　常见光谱仪采用球面反射镜，球差是必然存在的，球面镜无法使系统中各球差项相消，交叉式和m型光路都只能校准到一定的水平，球差是一种累加的方式。m型光谱仪可通过控制相对孔径来使球差小于像差容限，从而满足分辨率的要求，在设计中有选择的缩小m型光路的数值孔径可以比较明显的提高分辨率。如果想更进一步的消除球差影响，那么可以采用抛物面或者自由曲面的方式来进行优化设计，但是成本昂贵，加工难度大，所以目前并没有被市场接受。　　交叉式切尼-特纳(czerny-turner)光路结构的慧差相对于m型光路来说有个相对突出的特点是，慧差可以被校准到一个比较理想的数值，并且得到的光谱斑点较为规整。具体体现在对交叉式结构分辨率的提升上。　　m型光路在像散优化中具有明显的天然优势，可将像散校正到一个很低的水平。相反的交叉式切尼-特纳(czerny-turner)光路在像散的校准方面比较弱，使得该光路的光谱分辨率较低。　　m型光路由于是一种相对对称的光学结构，杂散光会略微好于交叉对称型光路，但这并不会直接体现在两种系统的杂散光最终指标上。杂散光的抑制主要还是通过外部光学陷阱，内部采用吸光材质或者增加粗糙度来提高对漫反射光的吸收，最终达到消除杂散光效果。　　交叉式切尼-特纳光路是由m型光路发展而来，我们通常认为交叉式光路是一种折叠式的光路，所谓折叠式就是在整体的结构尺寸和空间利用上有必然的优势，结构更紧凑合理。m型光路则是一种展开式光路，在整体的尺寸和空间利用上不及交叉式切尼-特纳光路。因交叉式光路最为紧凑，所以在微型光谱仪中通常采用的是就是这种交叉式光路。而针对于分辨率要求比较高的场合则更多的采用m型光路。　　分辨率是光谱仪最重要的指标之一，从像差优化设计来看，m型光路像差优化效果更好，使得m型光路拥有更佳的分辨率，主要被用于高分辨率光谱仪中。而交叉式切尼-特纳(czerny-turner)光路则用于中低分辨率光谱仪中。表 1 m型光路和交叉式c-t型光路的对比　　奥谱天成的光谱仪系列产品齐全，依据m型光路和交叉式切尼-特纳光路各自的光路特点和客户需求，设计了多款相应的仪器，各自均对应不同的应用领域：　　l atp2000、atp5020、atp3040、atp5040采用了交叉型ct光路，重点突出结构的紧凑性和高灵敏度 　　l atp3030、atp5030、atp3034、atp5034采用m型光路，重点突出高分辨率和低杂散光。　　狭缝50μm，光谱仪范围200-1000nm两者的分辨率对比。图3可观察到，m型光路整段分辨率表现为中间最好，两边逐渐变差 交叉型光路往长波方向分辨率逐渐变好。这部分的差异主要体现在设计优化中，可从设计中去调整不同的分辨率走势来达到设计的要求。图4中可看出，在520nm处两种不同光路的点列图情况，m型光路的rms半径值为11 μm，交叉型ct光路的rms半径值为98 μm。m型光路实际测试fwhm=1.3nm，交叉型光路实际测试fwhm=2.5nm。m型光谱仪分辨率明显好于交叉型光谱仪。在实际的使用和光谱仪选择中，客户可根据分辨率、杂散光、灵敏度、体积等几个指标有针对性的挑选相应的光谱仪，从而使得仪器与使用需求完美匹配。图 3 奥谱天成生成的atp2000和atp3030图 4 两种光路结构的分辨率rms spot radius对比，200-1000nm波长范围，从图中可以看出，交叉c-t型光路的光斑尺寸为75 μm，而m型光路的光斑尺寸仅为3.5 μm，m型光路的分辨率优于交叉c-t型 (a)交叉型ct光路(该光路应用于atp2000) (b)m型光路(该光路应用于atp3030)　　图 5 200-1000nm光谱范围，两种光路结构在520nm处的分辨率对比，交叉c-t型光路为98.9 μm，m型光路为11 μm，可知m型光路的分辨率明显优于交叉c-t型 (a) atp2000交叉型ct光路 (b) atp3030m型光路表 2 奥谱天成采用m型光路的光纤光谱仪和采用交叉c-t光路的光纤光谱仪，型号的第三位数字为3的均为m型光路 型号首位数字为5、6的，探测器具有制冷。　　图 6 奥谱天成的光纤光谱仪产品集

上海2010年2月25日电 海洋光学研发了一种低成本，高性能的基于 CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器的光谱仪。该光谱仪特别适宜于嵌入 OEM 设备中。虽然 STS 的体积很小，只有40mm x 42mm x 24mm，但是它的功能表现丝毫不逊于大型系统。主要特色：低杂散光的全光谱分析、高信噪比(1500:1)和典型1.5纳米 (FWHM) 光学分辨率。STS 是可见-近红外光谱应用的理想选择，诸如对 LED 的光谱光度及颜色测量和样品的透射、吸收测量。并且它还是 OEM 应用的理想选择，特别是需要在线监视一条或多条光谱线，又需要高重复性、稳定性的结果的应用环境中。 海洋光学STS OEM 微型光谱仪 　　STS 光谱仪有350-800纳米和650-1100纳米两种标准配置。大批量的 OEM 客户还能自订波长范围，入射孔径和其他光学配件。与其他微型光谱仪不同的是，STS 自带有内嵌的光闸以实现暗背景测量。单独定价的操作软件提供了包括光闸控制等全方位的光谱采集与分析功能。客户也可以根据需要来订制 STS 操作软件。 　　STS 的核心是一个1024像素的 CMOS 探测器，它位于一个交叉结构的 Czerny Turner 光具座内。该光具座的不同之处在于其特别设计的准直镜和聚焦镜，以及每毫米600条刻线密度的光栅。其光学设计和先进的 CMOS 探测器提升了 STS 的性能，使之与昂贵的大型光谱仪相比毫不逊色。例如，STS 拥有14位 A/D，功耗仅为0.75w，通过定制的入射孔径，完全能够实现小于1.0纳米(FWHM)的光学分辨率。 这也是 STS 如此吸引人的原因所在。 　　关于海洋光学 (Ocean Optics) 和豪迈 (HALMA): 　　总部位于达尼丁，佛罗里达的海洋光学 (www.oceanopticschina.cn) 是世界领先的光传感和光谱技术解决方案提供商，为您提供测量和研究光与物质相互作用的先进技术。海洋光学在亚洲与欧洲设有分部，自1992年以来，在全球范围内共售出了超过120,000套光谱仪。海洋光学拥有庞大的产品线，包括光谱仪、化学传感器、计量仪器、光纤、薄膜和光学元件等等。海洋光学是致力于安全检测领域的英国豪迈集团的子公司。海洋光学的产品在医学和生物研究、环境监测、科学教育、娱乐照明及显示等领域应用广泛，公司隶属英国豪迈集团。 　　创立于1894年的豪迈 (HALMA www.halma.cn) 是国际安全、健康及传感器技术方面的领军企业，伦敦证券交易所的上市公司，在全球拥有3700多名员工，约40家子公司。豪迈目前在上海、北京、广州和成都设有代表处，并且已在中国开设多个工厂和生产基地。

仪器信息网讯 2011年3月7日至14日，中国科学院上海技术物理研究所的UIRS-1型超高光谱分辨率红外光谱仪、星载成像光谱仪、CCD探测器、高精度成像稳定控制系统亮相国家“十一五”重大科技成就展。 UIRS-1型超高光谱分辨率红外光谱仪 　　超高光谱分辨率红外光谱仪是基于大光程差(±27cm)干涉技术的傅里叶变换光谱仪，具有光谱分辨率、稳定度高、谱段宽和效率高(无狭缝)等特点，能用于温室气体及痕量污染气体的定量检测和大气成分分布垂直探测，将对我国环境探测及资源调查等领域产生重大影响。 星载成像光谱仪 　　该仪器利用离轴三反成像光学、凸面光栅光谱仪和大规模焦平面探测器等技术，中科院上海技术物理研究所研制了宽幅高光谱卫星成像仪原型样机。 CCD探测器 　　国际上规模最大的CCD探测器，是相机成像的核心部件之一。通过它可以将携带着目标信息的光信号转换成便于检测和传输的电信号。 高精度成像稳定控制系统 　　该系统主动探测卫星平台的微小振颤，并把振颤换算成相机光轴的偏转量，通过主动控制补偿卫星平台振颤造成的光轴偏转，保证相机在轨成像的稳定性。 　　关于中国科学院上海技术物理研究所： 　　中国科学院上海技术物理研究所始建于1958年10月，以固体物理和固体电子学研究为主要学科，由复旦大学物理系谢希德教授亲自创办和主持工作。1961年1月单独建制，隶属中国科学院；1964年1月，研究方向调整为红外物理与光电应用技术研究；1968年3月，划归国防科工委第15研究所，称1510所；1970年6月，又回归中科院，并恢复原称。现以红外物理与光电技术应用基础、开发为主要研究方向，重点发展先进的空间遥感、小卫星、红外凝视成像、红外焦平面、光学薄膜、微型致冷、及光电信息处理与网络等技术，设有相应的研究室及国家重点实验室10个。

我国首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星在酒泉卫星发射中心成功发射。中科院声像中心 任晖摄　　我国二氧化碳监测水平跻身世界前列　　根据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第四次评估报告，受人类活动的影响，主要温室气体二氧化碳和甲烷的浓度已上升到2500万年以来的最高值，且依然呈上升趋势，地表温度也在逐年升高。温室效应正直接威胁着全人类的生存和发展。精确监视全球二氧化碳的排放状况已成为有效开展气候变化研究和应对的迫切要求。阿拉斯加冰川过去30年消融的景象，图片来自网络　　本次发射的碳卫星作为我国首颗用于监测全球大气二氧化碳含量的科学实验卫星，围绕全球气候变化这一当今国际社会普遍关心的全球性重大问题，以大气二氧化碳遥感监测为切入点，利用高光谱与高空间分辨率二氧化碳探测仪、多谱段云与气溶胶探测仪等探测设备，通过地面数据接收、处理与验证系统，定期获取全球二氧化碳分布图，大气二氧化碳反演精度将优于4ppm，使我国在大气二氧化碳监测方面跻身国际前列。　　碳卫星是国家科技部为应对全球气候变化、提升我国全球二氧化碳监测能力部署的一项重大任务。通过863计划地球观测与导航技术领域“全球二氧化碳监测科学实验卫星与应用示范”重大项目立项实施。由中科院国家空间科学中心负责工程总体 中科院微小卫星创新研究院负责卫星系统，中科院长春光学精密机械与物理研究所研制有效载荷 中国气象局国家卫星气象中心负责地面数据接收处理与二氧化碳反演验证系统的研制、建设和运行。　　负责本次发射任务的为长征二号丁运载火箭。本次发射还搭载发射中国科学院微小卫星创新研究院自主安排研制的1颗高分辨率微纳卫星和2颗高光谱微纳卫星。　　小卫星肩负大使命工作人员在低温实验室进行仪器调试，图片来自网络　　22日凌晨3时22分，我国首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星发射升空。它成为巡游在地球上空700公里的第三位全球二氧化碳“体检师”。碳卫星将在宇宙中跳起“华尔兹舞步”，不断变换观测模式，完成对全球二氧化碳的监测，并借助模式同化和反演技术，最终形成全球碳排放情况的“体检报告”。　　“小卫星肩负大使命。”国家遥感中心总工程师李加洪说。监测全球二氧化碳分布情况，这是中国应对全球气候变化采取的积极行动，也体现了我国的“大国担当”。而且，“知己知彼”，才能在全球气候谈判中掌握主动权，发出“中国声音”。　　二氧化碳浓度监测，不是想测就能测　　二氧化碳浓度监测，不是你想测，想测就能测。目前为止，只有美国和日本发射了自己的碳卫星。美国OCO-2卫星，图片来自网络　　二氧化碳在大气中的浓度本就非常低。碳卫星总设计师尹增山介绍，从2011年到2016年年底，经过近六年研制，我国碳卫星探测精度达到了优于4ppm(百万分比浓度)。也就是说，当大气中二氧化碳含量变化超过百万分之四时，碳载荷就会发现。　　如何发现?实际上，碳卫星对二氧化碳浓度采用的是“间接测量”法。大气在太阳光照射下，二氧化碳分子会呈现光谱吸收特性，碳卫星通过精细测量其光谱吸收线，可以反演出大气二氧化碳浓度。　　但这根线非常窄。要获取高精度的大气吸收光谱，就要依靠碳卫星的主载荷——高光谱与高空间分辨率二氧化碳探测仪。二氧化碳探测仪核心的技术指标和难点就是要同时实现高光谱分辨率和高辐射分辨率，这就如同检查人的指纹，普通仪器只看得到纹理，而二氧化碳探测仪可以把指纹放大一百倍，精细测量每条指纹的宽度和深度。　　“要达到这么精细的分辨率，必须要有大面积光栅。”中科院长春光机所研究员郑玉权告诉记者，为突破这项关键技术，科研人员从最基础的制造全息光栅所需的高精度曝光系统研究出发，一点点攻克技术难关，最终在碳化硅基底上制造出高精度衍射光栅，并在航空校飞试验中进行了验证。　　碳卫星探测仪上的大面积衍射光栅，能够探测2.06µm、1.6µm、0.76µm三个大气吸收光谱通道，最高分辨率达到0.04nm，这样的分辨率，在国内光谱仪器的研制上也尚属首次。　　说起研制过程，郑玉权感慨颇多。六年的载荷研制，是预研攻关和工程实施的结合。他们从“无”到“有”，实现技术突破 又迎头赶上，比肩国际先进水平。“反正，遇到问题的彷徨、解决问题的艰辛和最终找到答案的欢乐，我们全尝遍了。”　　碳卫星上的“配角”　　将为研究雾霾提供重要数据支撑　　碳卫星上的“配角”——云与气溶胶探测仪也不可小觑。气溶胶，通俗点说，就是大气中的尘埃。探测仪可以帮忙排除探测时云和气溶胶的影响，提升二氧化碳探测数据的可靠性。碳卫星地面应用系统总设计师杨忠东表示，从设计能力上来讲，这款探测仪可以为研究雾霾提供重要数据支撑。碳卫星载荷系统，图片来自网络　　“碳卫星本身，就肩负着‘创新’使命。”李加洪说。作为一颗科学实验卫星，碳卫星身上，至少有四项大胆的技术创新——大面积光栅、多模式定标、敏捷姿态调控以及复杂的反演验证系统。“我们碳卫星的整体水平，比日本的还要高。虽是‘后发’，但我们已经实现了‘并跑’。”　　技术上的卓越，并非这颗碳卫星的唯一追求。在大约半年的在轨测试之后，碳卫星将正式开始两年半的工作——让二氧化碳浓度数据到碗里来。“我们将按照应用需求，对后期数据进行加工、处理、共享和服务。”李加洪透露，科技部联合中国科学院和中国气象局已经制定了碳卫星数据管理办法。碳卫星数据将加载到国家综合地球观测数据共享平台，向国内各类用户提供数据共享服务。在国际合作方面，这些数据也会向地球观测组织(GEO)共享，这也是中国对GEO的实质贡献。　　“一颗卫星远远不够。”不过，让杨忠东欣慰的是，六年来，他们不仅收获了这颗卫星，还了解和掌握了二氧化碳高精度遥感监测仪器的制备过程。“要满足中国社会经济的发展需求，我们还要更多碳卫星。”第一颗有了，后续的，也就不再遥远。

p strong 　　1. 工业在线光谱分析技术 /strong /p p 　　目前在线光谱分析已经以惊人的速度应用于多个领域的企业生产的多个环节，并已使得过程分析仪器领域发生了深刻变革。这种变革与在线光谱分析的独特优点是分不开的，比如: /p p span style=" COLOR: #548dd4" strong 　　在线光谱分析可以对多路多组分连续同时测量，且速度快，准确性高 /strong /span /p p span style=" COLOR: #548dd4" strong 　　在线光谱分析仪器易损坏和消耗品少，维护量小 /strong /span /p p span style=" COLOR: #548dd4" strong 　　在线光谱分析多采用光纤传输技术，适合环境恶劣的场合 /strong /span /p p span style=" COLOR: #548dd4" strong 　　在线光谱分析仪器结构相对简单，并适合多种样品(如液体，涂层，粉末和固体等) /strong /span /p p 　　这些优点对于企业原料和生产的中间环节进行快速质量控制、优化操作、稳定生产和节能降耗非常有价值。 /p p 　　与实验室环境不同，工业环境在要求光谱分析系统具有足够的灵敏度和探测限，同时对于性能稳定性，体积尺寸和抗干扰能力也都有严格要求。光谱仪是在线光谱分析的核心模块，它的性能好坏从根本上决定了系统性能。选择合适的光谱仪对于工业在线应用十分重要。 /p p 　　1992年美国海洋光学公司的Mike Morris博士发明了世界上第一台微型光纤光谱仪，他将光谱仪的大小缩小了几十倍，价格降低了十几倍。光纤光谱仪利用光纤把远离光谱仪器的样品光谱引到光谱仪器，以适应被测样品的复杂形状和位置。由光纤引入光信号还可使仪器内部与外界环境隔绝，可增强对恶劣环境(潮湿气候、强电场干扰、腐蚀性气体)的抵抗能力，保证了光谱仪的长期可靠运行，延长使用寿命。光纤光谱仪结构紧凑，组成包括入射狭缝、准直物镜、光栅、成像反射镜和阵列探测器，还包括数据采集系统和数据处理系统。光信号经入射狭缝投射到准直物镜上，将发散光变成准平行光反射到光栅上，色散后经成像反射镜将光谱呈在阵列接收器的接收面上，光信号被转换成电子信号后，经模拟数字转换，A/D放大后输出，最后由软件系统控制和采集信号，进而完成各种光谱信号测量分析。这些特点对于工业在线光谱应用是极其有利的。可以说，微型光谱仪是光谱测量技术从实验室走向工业应用的里程碑。 /p p 　　工业在线光谱分析系统核心为光谱仪，其配套部件一般还有采样附件，光源，控制软件和专用分析模型，它们对于系统整体性能也有重要影响。一般在线光谱分析系统构成如下图所示。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" QQ截图20161227100735.jpg" style=" HEIGHT: 294px WIDTH: 300px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/37c32cc6-4188-46d5-bfe9-fef2d6bda031.jpg" width=" 300" height=" 294" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 图1 在线光谱分析系统组成 /p p 　 strong 　2. 应用案例-工业在线反射率与颜色测量 /strong /p p 　　下面以一个典型案例说明在线光谱系统设计需要考虑的因素。某特种印刷用户需要快速测量薄膜材料颜色，用于产品质量控制。用户主要需求为： /p p 　　 strong span style=" COLOR: #548dd4" 系统需满足最快180米/分钟的检测速度，且具有足够精确性。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统能够进行非接触非破坏性采样测量。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统能直接输出最终结果给上位机。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统能直接输出颜色值，并能与用户自己的上位机系统集成。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统要能反映被测样品的峰值波长、光谱等特性。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统具备自检和异常报警功能。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统要能适应工厂持续噪声，细颗粒粉尘，电磁干扰以及不稳定供电环境。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统要能7*24连续工作，且维护方便。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统尺寸要能兼容于空间狭小的产线。 /span /strong /p p 　　这些需求涵盖了性能，尺寸和环境安全性多个方面，在工业在线光谱分析应用中具有典型性。 /p p 　　为满足检测速度要求，系统单次测量周期不得大于4毫秒。为此整个系统将采用流水线并行作业方式，确保测量速度和分辨率能够满足要求。如样品移动速度小于180米/分钟，则将得到更高的检测分辨率，即小于12毫米。所采用的工业定制型光谱仪的最小积分时间可达到1毫秒，可以充分满足速度要求。 /p p 　　为满足用户上位机数据接口要求，在线光谱分析系统应集成数据处理算法功能，且保证运算快速，结果准确。为此，在线光谱分析系统里搭载了高性能处理器，并且为了进一步提高速度，运算处理器直接与光谱仪模块集成。从而能够在CCD探测器进行下一周期积分时并行计算反射率数据。在前后两个计算周期之间，没有等待的延迟时间。在完成计算后，光谱仪将颜色数据提交给服务器，交由服务器判断是否需要触发停机信号。由于本系统的规模仅需要至多两层交换机就能连接，因此网络的延迟时间将小于1毫秒。而经过测算，进行50万次(相当于6000米长的薄膜)100个通道的组合逻辑判断在普通的计算机上每次平均耗时仅0.02毫秒，单次最大耗时为2毫秒。按此测算，完成单次测量和判断所需时间为12毫秒，即瑕疵点在经过探头3.6厘米后系统会给出报警或停机信号。瑕疵点在经过数米的减速区之后，足以被减速，并停留在质量观察板上。报警采用光谱仪与声光报警器协同工作实现。 /p p 　　对于颜色测量，必须有参考光谱和背景光谱，即对反射测量的校准操作。经常校准能有助于使计算的颜色结果更接近于实际结果，消除光源、环境以及其他因素对测量的影响。当进行校准操作时，需将已知颜色的标准板置于探头下方，与探头所呈角度与样品一致。此时打开光源，确保光源强度不会使光谱仪饱和，并保存参考光谱(即各波长上的强度)。然后关闭光源，此时光谱将反映暗噪声和环境光，将该光谱作为背景光谱也保存下来。在完成校准操作后，即可对样品进行颜色的测量和计算了。颜色实际上是样品在特定波长上的光谱强度与标准板在特定波长上的光谱强度的比值。为消除环境光和暗噪声的影响，需要背景光谱也参与计算。 /p p 　　根据上述分析结果，系统使用了对颜色测量进行特殊优化的工业定制型光谱仪。其搭载的高性能处理器和以太网接口能在测量光谱的同时直接将颜色信息提交给服务器，并由服务器根据用户预先设置的判定规则进行报警或触发停机，确保了整个系统的实时性和可靠性。 /p p 　　系统的探头支架可安装在用户指定滚轮位置的样品切线垂直方向上，并在滚轴上安装速度编码器，以获取当前检测样品的所在位置。反射式探头为Y型分岔光纤，其两头将连接到机柜内的光谱仪和光源上。在探头支架上还将安装可自动旋转的机电装置和标准板，供定期获取参考光谱。 /p p 　　系统板载处理器为定制高性能FPGA模块，实现光谱数据到LCH颜色值的计算，并将结果上传至上位机(主控机)。 /p p 　　系统的重要部件均安装在工业级机柜内，包括光谱仪、光源、供电电源、以太网交换机、系统服务器等。光纤和各种线缆则通过上进线或侧进线方式接入机柜。 /p p 　　最终的人机接口将安装在操作员使用的盘台上，该工作站主机将安装在盘台内部，并通过屏蔽双绞线与机柜内的系统服务器连接。系统服务器和操作员工作站上会分别安装系统软件的服务器端和客户端，以呈现整卷或整批薄膜产品的质量情况。 /p p 　　系统组成示意图如下所示。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" QQ截图20161227101131.jpg" style=" HEIGHT: 250px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/27ed627d-b20b-4735-b0d4-39858b1574a5.jpg" width=" 400" height=" 250" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 图2 系统组成示意图 /strong /p p 　　在软件模块上，系统提供的定制软件功能模块均运行于主控机的Windows系统上，主要功能模块如下图所示： /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" QQ截图20161227101230.jpg" style=" HEIGHT: 300px WIDTH: 300px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/0754d649-1732-41c5-87ed-8a50be0c9ef5.jpg" width=" 300" height=" 300" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 图3 软件功能模块 /strong /p p 　　 strong 调度模块： /strong 为主程序核心，主要负责承担各模块之间的管理及任务调度 /p p 　　 strong 通讯模块： /strong 主要负责与工业现场总线的通讯，解析通讯命令，并通过调度模块完成相关任务，如启动测量过程，读取测量数据等 /p p 　　 strong 计算模块： /strong 计算光谱数据，得到LCH颜色值 /p p 　　 strong 底层驱动： /strong 主要控制光谱仪、光源、电子快门、传动模块等硬件设备 /p p 　　 strong 测量模块： /strong 根据测量时序、流程完成一个完整的测量流程 /p p 　　 strong 数据库： /strong 主要用于保留系统参数、测量历史数据等信息 /p p 　　 strong 用户界面 /strong ：完成用户交互功能，主要包括系统参数配置，测量数据显示，历史数据浏览，系统功能测试等。 /p p 　　在故障维修与运行维护方面，光源和光谱仪都采用模块化方式安装布置，且均对通道号进行标识，方便找到故障的光源。并且配套的通过交换机及光谱仪上的状态指示灯可了解是否存在网络线缆故障。软件也能够识别光源故障。 /p p 　　该案例充分体现了在线光谱分析与实验室应用的巨大差异。工业环境下，在线光谱分析系统必须充分考虑应用环境的特殊性，各种影响因素都必须仔细评估。除了光谱仪，测量附件的选择在相当大程度上取决于光谱仪厂家的行业应用经验和水平，这一点在专用的在线分析系统开发方面体现的更为明显。 /p p strong 　　三、更多工业在线应用案例 /strong /p p strong 　　（1）LED芯片测试机 /strong /p p 　　由于制作工艺存在尚未解决的技术困难，所以对于生产过程中同一块外延片不同位置的光电特性是有细微差别的，呈现出不均匀性。在完成电极和引脚的过程中也会存在一定的瑕疵。这些缺陷会导致在LED产品的发光强度和颜色，在生产过程中如果残次芯片继续进行加工，会导致生产过程中不必要的浪费。所以LED芯片测试机是LED生产过程中不可或缺的一个环节。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" LED芯片检测过程.jpg" style=" HEIGHT: 252px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/19f4c15e-6033-4f19-8821-6c1b7452a872.jpg" width=" 400" height=" 252" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" LED芯片检测过程 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" LED芯片测试结果.jpg" style=" HEIGHT: 323px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/46d98eb1-7886-4300-91fe-7c950a8fb913.jpg" width=" 400" height=" 323" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" LED芯片测试结果 /p p 　　微型光纤光谱仪主要将辐射光谱、发光强度、色坐标x，y和峰值波长作为测量指标。 /p p 　　一般检测设备只能对电气特性不合格进行筛选，微型光纤光谱仪被引入到LED芯片检测后，发光检测方面问题得到了很好地解决。由于微型光纤光谱仪测量每颗晶粒的时间是5-6ms，快于一般测试机探针机械移动时间，因此测量速度提到提高。由于微型光纤光谱仪体积小，因此不会占用机台的使用空间，不需要对原有机台的机械结构做出较大调整。同步触发功能保证了在检测过程中，能够保证每个晶粒在点亮后的相同时间进行测量。 /p p strong 　　（2）LED分光机 /strong /p p 　　LED制造流程是复杂、漫长的一个过程，想要生产出性能一致，功能完整的LED产品，LED分光机作为LED制造流程中靠后的工序，需要对封装后的器件根据光、色、电三方面参数进行筛选，然后才能将其包装为产品，最终流入市场。 /p p 　　LED分光机的测量指标是发射光谱、发光强度、色坐标x，y、峰值波长。 /p p 　　LED分光机工作流程一般包括：待分选的LED器件会在震动盘上排列进料，依次进入电测和光测的工位 进入电测工位后，LED会被通电进行电学指标测试 当被移动到光测工位时，LED芯片会被点亮，继而使用积分球和光谱仪测量其辐射光谱 通过计算光度学和色度学参数，并联合电学指标，一起进行数据分析 随后将数据转换为指令，传输到指令模块，将不同LED进行分选。基于微型光纤光谱仪的第一台LED分光机，可以完成分选5000颗/小时，使得LED检测从抽检进入到全检的时代。随着微型光纤光谱仪性能的提升以及与配套LED分光机兼容度提高，现在的LED分光机检测已经可以完成55000颗/小时，甚至更高。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" LED分光机.jpg" style=" HEIGHT: 338px WIDTH: 450px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/3a28ae58-6315-466f-86d5-06cd09c39ad7.jpg" width=" 450" height=" 338" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" LED分光机 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" LED器件进料.jpg" style=" HEIGHT: 188px WIDTH: 250px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/6b21148a-276f-4227-a12a-1b2bc65ae312.jpg" width=" 250" height=" 188" / & nbsp img title=" 排列进入检测位置.jpg" style=" HEIGHT: 188px WIDTH: 250px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/b89bc6db-320c-4f95-b46b-83ab7df07248.jpg" width=" 250" height=" 188" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" LED器件进料、排列进入检测位置 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 检测电学和发光特性.jpg" style=" HEIGHT: 188px WIDTH: 250px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/8b14cb67-e6f3-42b1-a4c2-b122c600272a.jpg" width=" 250" height=" 188" / & nbsp img title=" 进行分选归类.jpg" style=" HEIGHT: 188px WIDTH: 250px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/72c530e3-ff6e-46f1-9483-33f6ae9dec81.jpg" width=" 250" height=" 188" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 检测电学和发光特性、进行分选归类 /p p 　 strong 　（3）污染气体排放监测 /strong /p p 　　微型光纤光谱仪在污染气体排放监测指标是不同气体浓度，包括氮氧化物、二氧化硫、臭氧、丙酮和氨气等。不同气体所表现出的吸收光谱具有特异性，但也有一定相同性，大部分气体的吸收峰都位于紫外区域，所以采用在紫外区域的激发光或在紫外区域有响应的光谱仪对气体进行浓度的测试。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 污染气体排放.jpg" style=" HEIGHT: 261px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/6b0a2621-b070-4789-ab04-9bb0cf9afa88.jpg" width=" 400" height=" 261" / /p p 　　通常使用微型光纤光谱仪对气体进行检测，会将所有检测设备放置于一辆移动检测车中，到达目标检测位时，将设备架设在相应位置。检测设备包括摄像机、激光器触发装置、激发光、光谱仪和反射镜。检测过程是通过光源发出一束激发光，照射到马路另一边的反射镜，通过反射镜反射使光谱仪能够检测到气体光谱。当一辆汽车经过检测系统时，汽车排放的尾气会和光路进行相互的作用，尾气中的物体由于浓度的不同，光谱仪可以测量光穿过气体的强度，就可以检测出汽车排放的尾气是否超标。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 监测系统示意图1.jpg" style=" HEIGHT: 240px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/bddce1df-323a-45ad-a394-2c6bc379d0e3.jpg" width=" 400" height=" 240" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 监测系统示意图2.jpg" style=" HEIGHT: 235px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/1bac5528-d221-4646-b16d-1321a1b27542.jpg" width=" 400" height=" 235" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 监测系统示意图 /p p 　　这种尾气排放监测方法之所以能够得到广泛应用，首先得益于微型光纤光谱仪测量速度快，若被测汽车匀速通过检测系统，检测系统就能快速检测出吸收光谱，并且迅速处输入电脑进行分析和储存。微型光纤光谱仪的体积优势，使其能够与气体检测系统更好的集成到一起，方便检测车辆进行运输与架设。 /p p strong 　　（4）水果分选机 /strong /p p 　　吸收光谱在工业领域应用案例不仅仅局限于气体应用，微型光纤光谱仪也被应用于水果流通的分选环节，将水果的糖分和水分作为测量指标，结合其他物理探头对水果进行分选。相对于水果的大小，对于特殊人群，如糖尿病患者，其糖分对于消费者而言意义更为重要，使用近红外光谱仪可以对糖分和水分的含量进行判定。 /p p 　　基于微型光纤光谱仪的水果分选机一般由两部分组成，一个是发射的光源，一个是用来检测的光谱仪。一般在检测中会采用高功率的卤钨灯，提供近红外段宽光谱的能量，由于光源的高功率也就能提升了检测时穿透水果果皮的能力，在水果另一侧的光谱仪才能够获得更多更强的信号，提高信息的准确性。在水果分选过程中，水果数量巨大，微型光纤光谱仪检测的高效性正好满足了水果分选机的工作特点。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 水果分选机示意图.jpg" style=" HEIGHT: 225px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/bf2f6dfa-79a1-4ca1-9671-cdc594f97c04.jpg" width=" 400" height=" 225" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 水果分选机示意图2.jpg" style=" HEIGHT: 188px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/82a91140-60f2-402f-a77a-68eb2038a124.jpg" width=" 400" height=" 188" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 水果分选机示意图 /p p 　　 strong （5）节能玻璃镀膜工艺在线监控 /strong /p p 　　由于现在玻璃工艺技术的发展，很多高楼选择使用玻璃作为外墙的建筑材料，但与传统建筑材料相比，玻璃的隔热性能有所欠缺。如果想使室内温度维持在一个稳定值，就需要对玻璃进行处理，最常见的手段是将玻璃进行镀膜工艺，使得玻璃能够尽可能的透过可见光，而同时增强隔热性能。所以镀膜过程的质量保证，成为了玻璃隔热性能优良与否的重要因素。 /p p 　　将多个微型光纤光谱仪与玻璃生产线相集成，对镀膜的效果进行实时测量。微型光纤光谱仪所采集到测量指标，如镀膜玻璃的反射率，透过率，膜厚数据，反馈给镀膜机，使其在下一次镀膜过程中对镀膜工艺进行调整。在检测过程中，氘灯和卤钨灯混合光源照射到被测样品上，会反射一部分光，被光源同侧的光谱仪接收，而另一侧放置的光谱仪对透射光谱进行测量。所以整个检测系统能对反射光谱和透射光谱进行测量。由于检测的玻璃尺寸较大，所以为了对玻璃镀膜的均匀性进行全面的测量，探头采取平移方法扫描整块玻璃。由于微型光纤光谱仪的体积小巧，内部结构紧密，无移动部件，可以适应较高加速度和震动的环境，使得微型光纤光谱仪和探头可以进行在检测过程中进行往复运动。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 微型光纤光谱仪检测示意图.jpg" style=" HEIGHT: 303px WIDTH: 300px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/db4108c9-dd18-411e-a72b-22c214e334a1.jpg" width=" 300" height=" 303" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 微型光纤光谱仪检测示意图 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" QQ截图20161227102542.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/4f9ed63a-2184-4b8c-b7a5-bf34940b80f5.jpg" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 玻璃镀膜工艺监控系统 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 微型光纤光谱仪与平移台集成.jpg" style=" HEIGHT: 301px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/233a6763-fd1d-4dc3-91e6-23e90370af1f.jpg" width=" 400" height=" 301" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 微型光纤光谱仪与平移台集成 /p p strong 　　（6）印刷机的在线颜色监控 /strong /p p 　　颜色准确性是印刷行业重点关注的技术指标，由于不同纸张材料的吸水性差异于油墨的批次差异会导致印刷品之间存在色差，将微型光纤光谱仪与印刷实时颜色监控系统相集成就显得尤为的重要。 /p p 　　在印刷机上集成一个反射光谱的测量系统，对印刷品的校准色块进行反射测量，并通过相应算法将光谱数据换算为行业内能够接受的颜色指标。由于印刷中的纸张具有快速移动的特性，所以在运用中往往会采用积分球或环形的反射镜对光源进行匀化，从而减小检测样品在印刷过程中的振动与倾斜。光谱仪所得光谱数据反馈到印刷设备对颜色的品控进行调整。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 印刷机颜色监控示意图.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/bf5b28d3-6d21-4722-b1a1-17761d368c5b.jpg" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 印刷机颜色监控示意图 /p p 　　光谱仪自带可编程逻辑电路，可将复杂的逻辑关系写入微型光纤光谱仪中，可以使光谱仪直接与印刷设备油料控制器对接，产生在线的闭环系统。 /p p style=" TEXT-ALIGN: right" （内容来源：海洋光学） /p

滨松微型光谱仪FT系列 C13053MA滨松新型微型光谱仪FT（扁平型）系列为封装在小且薄盒子的多色仪，其内部集成了光学元件、图像传感器以及驱动电路。使用时可通过光纤将测量光导入光谱仪，后通过USB接口传输测量结果。而该光谱仪也不需要任何外部电源，可直接通过USB总线供电。产品外形（80*60*12 mm）该产品使用了石英透射光栅，因此具备高通量的优点，而内部没有运动部件，则保证了测量能够连续稳定地进行。另外，值得注意的是，FT系列内置了高灵敏度的CMOS图像传感器，其灵敏程度与CCD保持了相同的水平，且同时具有电源功耗低的优点。微型光谱仪FT系列连接示例该产品的光谱响应范围在500到1000nm，可应用于食品酸甜度分析、塑料分类以及膜厚测量等。另外，其还具有可用于短时间积分的触发功能，亦可胜任对脉冲发射的光谱测量。在软件方面，滨松除了拥有免费软件能够进行测量条件、获取保存数据、画图等等的设置以外，DLL函数规格也是完全公开的，因此用户可以创建自己原始的测量软件程序。点击按钮，查看产品详细信息：欢迎关注滨松中国官方微信号

海洋光学研发了一种低成本，高性能的基于 CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器的光谱仪。该光谱仪特别适宜于嵌入 OEM 设备中。虽然 STS 的体积很小，只有40mm x 42mm x 24mm，但是它的功能表现丝毫不逊于大型系统。主要特色：低杂散光的全光谱分析、高信噪比(1500:1)和典型1.5纳米 (FWHM) 光学分辨率。STS 是可见-近红外光谱应用的理想选择，诸如对 LED 的光谱光度及颜色测量和样品的透射、吸收测量。并且它还是 OEM 应用的理想选择，特别是需要在线监视一条或多条光谱线，又需要高重复性、稳定性的结果的应用环境中。 　　STS 光谱仪有350-800纳米和650-1100纳米两种标准配置。大批量的 OEM 客户还能自订波长范围，入射孔径和其他光学配件。与其他微型光谱仪不同的是，STS 自带有内嵌的光闸以实现暗背景测量。单独定价的操作软件提供了包括光闸控制等全方位的光谱采集与分析功能。客户也可以根据需要来订制 STS 操作软件。 　　STS 的核心是一个1024像素的 CMOS 探测器，它位于一个交叉结构的 Czerny Turner 光具座内。该光具座的不同之处在于其特别设计的准直镜和聚焦镜，以及每毫米600条刻线密度的光栅。其光学设计和先进的 CMOS 探测器提升了 STS 的性能，使之与昂贵的大型光谱仪相比毫不逊色。例如，STS 拥有14位 A/D，功耗仅为0.75w，通过定制的入射孔径，完全能够实现小于1.0纳米(FWHM)的光学分辨率。 这也是 STS 如此吸引人的原因所在。

研究级带显微镜的激光拉曼光谱仪,通常体积庞大，无法移动。然而，HORIBA Scientific （Jobin Yvon 光谱技术）的新款精巧型全自动显微共焦拉曼光谱仪——XploRA，采用创新技术设计并制造，将高精度显微拉曼测量仪器的体积缩小至便于移动的同时，仍然保持了光栅光谱仪制造专家 Jobin Yvon 显微共焦功能的高性能。 ◎ 多激发波长的可移动显微拉曼光谱仪 通常的便携式拉曼光谱仪不可以有多个激发波长，但 XploRA 可以内置 3 个激光器，并且激发波长完全自动切换。 ◎ 可以改变光谱分辨率的可移动显微拉曼光谱仪 全自动切换4块内置光栅，自由选择多种光谱分辨率。 ◎ 真正意义的全自动化操作 从切换波长到变化分辨率，完全自动操作； 自动校准功能和自检功能，自动跟踪仪器状态。 ◎ 一键式入门功能 对于固体和液体样品，只需一个按钮，即可进行结构鉴定，并获得化学图像。 ◎ 中文软件操作界面 使拉曼分析变得前所未有的简单。

p 　　从微型光谱仪问世以来，灵活的采样方法、高效的测试速率、无损的检测方式、准确的检测结果使其在科研领域受到广泛的应用。而大量的科研需求已经不单单满足于实验室测量，样品制备、现场测量和交叉学科应用使得微型光谱仪的集成和定制成为当今科研和工业检测的必然需求。 /p p 　　在实际应用中，不同集成商根据实际需求和自身特点，使用光谱仪搭配不同等级产品、采样附件，甚至可以根据自身需求获得量身定制。集成商通过获得不同应用模块的集成化服务，使集成商自身系统与光谱仪进行有效的集成应用。 /p p 　　 strong 多样的集成商类型，可选择多样的合作方式： /strong /p p 　　针对以下两大类集成商，光谱仪集成化服务可提供相应的合作方式： /p p span style=" COLOR: #ff0000" strong 　　对于自己具备光机电一体化设计能力的集成商，可以采用标准化的光谱仪、光源和采集附件，并从厂家获得技术支持，协助把控项目进度。 /strong /span /p p span style=" COLOR: #ff0000" strong 　　对于专注于系统设计、软件开发的集成商，可以考虑采购嵌入式光学、机械电子等子系统，并从厂家获得生产工艺的技术支持，缩短研发仪器时间。 /strong /span /p p 　　光谱仪集成化服务也可以根据集成商的特殊需求进行定制，并和其他光学模块、电子电路和机械组件进行组合，通过模块化搭配，提高自身光谱平台的集成性能，协助集成商设计完成一套完整的方案，满足特定的应用。 /p p 　　从研发到实际生产的过程中，集成商往往对于产品的可量产实施性提出很高要求，这个阶段就需要获得具备高精确性的生产技术。当集成商所搭建的集成样机完成验证后，一个稳定的测试平台将控制台间差，为产能的提升和生产过程中的差异性提供保障，能够轻松将集成样机转换到实际量产，产品开发生产流程将被大大简化。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 00.jpg" style=" HEIGHT: 211px WIDTH: 600px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/ed0b3624-05cf-4bf2-ada8-2a6987cd9548.jpg" width=" 600" height=" 211" / /p p 　　获得模块化、灵活的产品服务与高精度的生产工艺，将减小集成商开发风险，为产品进入市场提供时间保障。 /p p 　　下面以典型的集成化解决方案流程，说明在集成化服务中能够获得哪些服务。 /p p strong 　　集成化解决方案流程 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 评估方案可实施性 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 集成商提出开发需求，集成化服务提供商完成应用背景调查， /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 分析模块化光谱仪兼容性，双方进行项目可实施性讨论， /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 基于产品性能特点，集成化服务提供商提供符合集成商要求的评估方案。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 确定设计参数 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 双方讨论实际需求，集成化服务提供商向集成商给予专业角度回答和建议， /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 帮助集成商规避项目初期可预见风险， /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 依照模块化光谱仪规格，确定系统设计参数。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 项目开发 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 基于双方前期达成的技术方案，集成化服务提供商完成所需开发， /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 利用自身光谱研究团队， /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 为集成商项目提供强大的技术支持。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 原型机交付与图纸提供 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 高质量、高效率的加工机构为生产提供保障， /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 需要进行光、机、电多资源的合理整合， /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 最终产品的多次准确预演设计功能与参数， /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 满足集成商需求，完成原型机制作。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 集成商意见反馈与设计修改 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 集成商任何建议和疑问需要及时提出， /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 双方进一步探讨确认解决方案， /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 基于沟通后解决方案，对设计进行修改。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 开模与装配 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 为确保最终产品拥有优异品质， /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 可靠的开模和加工工艺服务， /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 满足集成商对产品的要求。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 试生产测试 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 集成化服务根据集成商产品特点设计生产工序、寻找或定制装配工具， /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 并为其提供质量体系认证的生产线， /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 确保集成商的每一个产品拥有尽可能好的一致性。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 集成商最终测试和签字确认 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 测试机型与交付产品需要保持高度一致， /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 整个生产环节为集成商设计的保密性进行保障， /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 并依照质量体系进行生产交付， /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 最终集成商亲自测试产品性能，随之进入量产。 /p p 　　在集成定制化解决方案中，不同种类需求的集成商能够获得完善、改进产品设计与生产的帮助，以最高效的方式使产品走向市场。 /p p strong 　　光谱仪的选择 /strong /p p 　　为满足集成商应用需求，在集成化服务的协助下选择性价比高，风险小，能快速从实验室验证到商品化的光谱仪。双方进行紧密合作，确定项目目标、协助测试数据以及优化系统设计，并监控量产过程。在集成化服务中，集成商可获得灵敏度、分辨率和波长范围等性能参数，找到产品与应用需求之间的最佳平衡点。 /p p strong 　　极具专业水准的应用方案 /strong /p p 　　许多因素会影响到光谱仪的光谱响应。从光谱仪中的光栅、检测器和反射镜，到检测样品的流通池和光纤，每个光学部件都有其独特的光谱响应，从而影响整个系统的响应。即使两个系统光学设计完全一样，但是每一个部件的微小差异，合在一起都会导致明显的台间差。在生产过程中低台间差，将为后期生产质量提供保障。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" QQ截图20161227105211.jpg" style=" HEIGHT: 212px WIDTH: 600px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/0c54f6ec-44f1-4794-989e-f5dfdd104a5b.jpg" width=" 600" height=" 212" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 未经修正& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 比较并修正 /p p 　　如果把八台相同光谱仪对同一样品的测量光谱放在一起对比，就很容易看出光谱响应的差异，通过参比样品进行修正，可有效消除台间差。 /p p 　　 strong 光谱仪定制 /strong /p p 　　微型光纤光谱仪的特点就是模块化，为满足集成商的具体应用，通过更换器件精心为集成商配置一台完美的光谱仪，如光栅、检测器、内置滤镜以及狭缝尺寸，优化光谱检测范围、分辨率和灵敏度。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" QQ截图20161227105317.jpg" style=" HEIGHT: 355px WIDTH: 600px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/29a5ae66-129f-42a9-9edd-7eee07ce06ff.jpg" width=" 600" height=" 355" / /p p 　　 strong 光源和采样附件定制 /strong /p p 　　选择合适的光源和采样附件，与配置正确的光谱仪同样重要。在集成化服务中，从激光器、LED，到氙灯、氘灯和卤钨光源，甚至提供长寿命或者工业型光源，丰富的光源供集成商选择。标准光学附件往往用在定制化产品开发的早期阶段，双方合作后期还可以通过定制、集成的方式，缩小光谱仪尺寸，大幅提升性能。 /p p strong 　　子系统 /strong /p p 　　一个设计精良的光学探测系统可以获得高品质的光谱数据、提高测试结果的准确性和检测限，大大减少软件分析及补偿算法的工作量。 /p p 　　直接获得光谱测量子系统服务，集成商的研发团队可以把精力集中在应用领域，比如分析算法，用户界面和市场拓展。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 子系统.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/9253ae63-7857-4ed8-b025-6caf57daa7f7.jpg" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 子系统2.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/4527fb46-90d2-4892-8053-ec338bcc243c.jpg" / /p p 　　 strong 光学系统定制 /strong /p p 　　一个设计精良的光学探测系统可以获得高品质的光谱数据、提高测试结果的准确性和检测限，大大减少软件分析及补偿算法的工作量。在集成化服务中，为满足集成商需求，光学系统通光量、信噪比和灵敏度等性能得到改进。 /p p 　　定制的接口可以优化信号采集，还可以加装滤光片来排除干扰，提取所需的光谱信号。甚至可以定制新的光谱仪，提高光通量，配备非标探测器，从而满足在同步、采样时间和灵敏度方面的特殊需求。还可以附加热敏电阻和光电二极管，采集反馈信号，对光学信号和温度漂移进行补偿。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 1.jpg" style=" HEIGHT: 147px WIDTH: 250px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/b0671ac5-fca1-46e3-ae2b-92f6ef8fc2a5.jpg" width=" 250" height=" 147" / & nbsp img title=" 2.jpg" style=" HEIGHT: 148px WIDTH: 250px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/112474fa-7c39-4d81-9783-6ac42602094f.jpg" width=" 250" height=" 148" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" & nbsp /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 3.jpg" style=" HEIGHT: 167px WIDTH: 500px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/7a981766-a12a-4504-b5f1-cb9b054e6721.jpg" width=" 500" height=" 167" / /p p strong 　　定制电子模块 /strong /p p 　　根据集成商所选择的光学系统、采样条件和用户接口整体，集成商还需要完整的电子模块与自己系统进行匹配。集成化服务需要利用自身设计和集成各类电子部件的能力，提供给客户使用，包括电源，通讯电路等。 /p p 　　电子定制可以包含以下方面： /p p span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai COLOR: #548dd4" strong 　　低功耗，电池供电产品 /strong /span /p p span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai COLOR: #548dd4" strong 　　系统小型化设计，适合手持或便携应用 /strong /span /p p span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai COLOR: #548dd4" strong 　　适合量产的设计 /strong /span /p p span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai COLOR: #548dd4" strong 　　可通过UL, CE, CSA, FDA 和FCC认证的设计 /strong /span /p p span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai COLOR: #548dd4" strong 　　模拟和高速数字电路设计 /strong /span /p p span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai COLOR: #548dd4" strong 　　电路设计和印刷电路板排布 /strong /span /p p span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai COLOR: #548dd4" strong 　　为控制系统和PLC系统优化 /strong /span /p p span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai COLOR: #548dd4" strong 　　基于C语言和VHDL的固件开发 /strong /span /p p span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai COLOR: #548dd4" strong 　　强化系统，以适应恶劣环境 /strong /span /p p span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai COLOR: #548dd4" strong 　　快速制作原型机和验证系统。 /strong /span /p p strong 　　定制光学机械结构设计 /strong /p p 　　一个高质量的产品，其性能应该长期稳定。但对于一个好的产品，还需要利用光机设计和系统整合经验，使高质量的产品拥有漂亮的外观和友好的界面。一个成熟的厂商能够具备以下能力，以更好的服务客户。 /p p strong 　　建模，原型设计和测试服务 /strong /p p 　　无论工作在恶劣的环境中，定制化方案都应该具备开发合适的子系统或完整解决方案的能力，有效应对温差，冲击和震动。为集成商设计适合各种现场环境的外壳和箱体、可随时更换的组件、以及密封接头。 /p p strong 　　防误操作采样系统 /strong /p p 　　通过提供定制探头、支架以及光学配件，易用，高效。即使非专业用户，也能获得可重复的、准确的测试结果。 /p p strong 　　环境适应性 /strong /p p 　　使用建模工具和仿真软件来设计散热系统，结构上进行优化，再借助3D打印机技术和专业的生产厂商制作样机，搭配自动散热系统，并用环境箱进行验证，从而快速完成环境耐受性评估。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 3.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/d1b3652e-558d-41db-855d-e3628818d22a.jpg" / /p p strong 　　定制化软件和固件 /strong /p p 　　软件定制服务，不仅限于实现实验室、现场或质量控制所需的分析与测量功能，还能为集成商定制用户界面、实现数据备份、远程通讯等。通过定制固件，输出非标准数据、自定义数据结构，增添新的通讯接口，从而帮助集成商简化整机研发过程。 /p p strong 　　光谱仪通讯 /strong /p p 　　定制驱动程序与固件 /p p 　　针对非标准嵌入式处理器和架构开发的应用驱动 /p p 　　多种光谱仪接口可选：SPI, I2C, USB , RS-232, Wi-Fi, Bluetooth和Ethernet /p p 　　定制化的固件可将数据前处理功能植入光谱仪 /p p strong 　　组件控制 /strong /p p 　　定制光谱仪和外部控制功能，便于与不同系统集成 例如:I2C, SPI, USB and RS-232 /p p 　　通过Wi-Fi 或Bluetooth进行远程数据传输 /p p 　　通过自定义参数和时序实现数据自动采集和外设时序控制 /p p strong 　　系统级软件 /strong /p p 　　面向Android, iOS, Windows, Linux 和 MacOS的GUI接口。 /p p 　　用于光谱匹配和化合物鉴别的建模功能 /p p 　　提升线性度和热稳定性的校准算法 /p p 　　用于嵌入式 SBC/COM 对象的操作界面 /p p 　　多语言软件界面 /p p 　　可通过JSON 或REST自动上传光谱数据至云端服务器 /p p strong 　　批量生产 /strong /p p 　　当合作双方对原型机达成共识后，集成商可指定生产计划。生产企业需要拥有足够的生产能力，能够满足客户产品量产或是突发性产能提升的需求。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" QQ截图20161227110151.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/4603f7d2-f174-49c8-a3df-da55a65bce02.jpg" / /p p 　　产能的提升能力，必然对生产能力有较高要求。生产过程中利用自动化实现精益生产，保障光谱仪集成定制化方案的高效性。拥有一台高效生产能力自动测试平台，将为生产能力提供强有力的保障，确保集成商得到更优质的服务。 /p p strong 　　质量保证 /strong /p p 　　为保证最终产品的质量，微型光谱仪方案供应商应该拥有一套严格的质量体系，从来料控制，并在制造流程的各个方面严格贯彻，直至产品装箱发货，这一系列流程是确保生产出合格产品。遵照良好的操作规范，并按照相关行业内标准设立了产品设计、文档管理、采购和生产流程。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 01.jpg" style=" HEIGHT: 222px WIDTH: 200px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/ad2db544-69f0-46fe-a903-fd6d0f779c54.jpg" width=" 200" height=" 222" / img title=" 02.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/5e98d03c-bfb6-4a1a-9609-2e0d9dd6ecc3.jpg" / /p p strong 　　规格确认 /strong /p p 　　为了确保定制产品的可靠生产，生产环节中相应的产品规格文档体系显得尤为重要，该体系按照整个生产合作流程每一环节进行确认，最终将合格的产品送到集成商手中。在规格文档标准中，光谱仪、附件、系统制造、测试标准和品检项目的相关标准会得到定义。 /p p strong 　　记录和可追溯性 /strong /p p 　　提供商需要对所生产的每一台仪器设备和测试记录长期保留。出场后光谱仪、子系统和整机系统中主要零件做到可追溯性。 /p p strong 　　部件的品质控制 /strong /p p 　　为保证产品品质，生产过程中各生产环节需要进行审计验证、性能评估和真伪测试，对采购零件进行严格检测，与“标准样品”进行比较，将劣质电子元器件进行排除。 /p p strong 　　精确的一致性 /strong /p p 　　在制造和测试过程中遵循相关标准，来确保产品生产的一致性。微型光谱仪方案供应商需要根据集成商定义具体的生产标准，以保证每个光谱仪或子系统性能的一致性。 生产过程中通过设立独立的工作区，流程和生产线，来建立标准、控制偏差，做到“精确复制”。 /p p style=" TEXT-ALIGN: right" (内容来源：海洋光学) /p

日前，中国科学院重庆绿色智能技术研究院智能装备与仪器仪表研究中心成功研制出了光谱分辨率可达10 cm-1的小型拉曼光谱仪样机，样机通过了可靠性测试，可应用在工农业生产、食品安全和生物医药等领域的现场监测和样品快速检测。该研究得到了重庆市科技攻关(重大)计划项目的支持。 　　拉曼光谱是基于光与物质互相作用发出的带有物质特征信息的散射光谱。它具有非接触性、非破坏性、实时原位和样品用量极少等特点，可快速、准确地分析和鉴别物质(或分子)种类。拉曼光谱应用广泛，具有&ldquo 以光之名，把握万物之准&rdquo 的美誉。而小型拉曼光谱仪技术研究和应用开发，可为工农业生产、食品安全、生物医药、环境保护、公共安全等领域提供现场监测和快速检测，对提升人民生活质量和保障社会安全方面意义重大。 　　针对便携式拉曼光谱仪的小型化、高分辨和高灵敏度探测等需求，研究人员在新型消彗差交叉C-T光栅光谱仪的光学设计中，充分考虑消彗差条件，采用12度非对称C-T光路，在解决同心及非同心系统的像差问题的同时，保证了长波段的光通量，光谱仪的理论分辨率达到9 cm-1 在电学设计中，针对所用CCD型号研制了一种高增益、低噪声的信号处理电路。最后，通过选用光学探头与光栅光谱仪的匹配设计，便携式拉曼光谱仪的实际光谱分辨率可达10 cm-1。 　　目前，重庆研究院已完成多种外形尺寸的便携式和手持式拉曼光谱仪原理样机的研制。这些样机对若干样品的测试结果与标准库数据一致，从原理和技术上证实了小型拉曼光谱仪设计的合理性和使用的可靠性，下一步，团队研究重点将放在体积更小、性能更优的微型拉曼光谱仪上，并开展小型拉曼光谱仪的工程化和产业化应用。

台湾超微光学参加了于2012年10月16-18日召开的2012北京国际光电产业博览会暨第十七届北京国际激光、光电子及光显示产品展览会（ILOPE 2012）。在此次展会上，超微光学展出了超微型光谱模组及微型光谱仪系列产品。 超微光学的系列超微型光谱模组有着微小的体积及相当低的设置成本，微型光谱仪同样具有此方面的优势，并具有宽光谱范围、高解析度及可编程微控制器，使用USB接口，无需外接电源，可同时连接多台光谱仪。

table width=" 624" cellspacing=" 0" cellpadding=" 0" border=" 1" align=" center" tbody tr style=" height:25px" class=" firstRow" td style=" border: 1px solid windowtext padding: 0px 7px " width=" 132" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 成果名称 /span /p /td td colspan=" 3" style=" border-color: windowtext windowtext windowtext currentcolor border-style: solid solid solid none border-width: 1px 1px 1px medium border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " valign=" bottom" width=" 491" height=" 25" p style=" text-align:center line-height:150%" strong span style=" line-height:150% font-family:宋体" 微型智能近红外光谱仪 /span /strong /p /td /tr tr style=" height:25px" td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 132" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 单位名称 /span /p /td td colspan=" 3" style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width=" 491" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 四川长虹电器股份有限公司 /span /p /td /tr tr style=" height:25px" td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 132" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 联系人 /span /p /td td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width=" 168" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 闫晓剑 /span /p /td td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width=" 161" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 联系邮箱 /span /p /td td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width=" 162" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" yanxj@changhong.com /span /p /td /tr tr style=" height:25px" td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 132" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 成果成熟度 /span /p /td td colspan=" 3" style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width=" 491" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" □正在研发& nbsp & nbsp □已有样机& nbsp & nbsp □通过小试& nbsp & nbsp √通过中试& nbsp & nbsp □可以量产 /span /p /td /tr tr style=" height:25px" td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 132" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 合作方式 /span /p /td td colspan=" 3" style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width=" 491" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" □技术转让& nbsp & nbsp & nbsp √技术入股& nbsp & nbsp & nbsp √合作开发& nbsp & nbsp & nbsp √其他 /span /p /td /tr tr style=" height:198px" td colspan=" 4" style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 624" height=" 198" p style=" line-height:150%" strong span style=" line-height:150% font-family: 宋体" 成果简介： /span /strong /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/a409ff01-48b4-444a-8aff-2ac2a2194a8c.jpg" title=" 25.jpg" style=" width: 300px height: 361px " width=" 300" vspace=" 0" hspace=" 0" height=" 361" border=" 0" / /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/034fc426-af9d-43a3-b413-0ad579939de1.jpg" title=" 26.jpg" style=" width: 300px height: 349px " width=" 300" vspace=" 0" hspace=" 0" height=" 349" border=" 0" / /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 本产品是一种微型智能近红外光谱仪，采用智能手机控制，连接光谱云计算平台来完成样品光谱数据的采集和分析功能，可以实现物体光谱数据和光谱模型的显示、变换、存储以及分析统计，可以实现被扫描物体的定性和定量分析。本产品采用微机电技术和创新集成系统设计，将传统的光栅、反射镜、阵列探测器、积分球、聚光镜、物镜构成的复杂折叠近红外光学系统大幅度简化，提高近红外光学系统的便携性和稳定性。拥有高效率的近红外光谱漫反射采样光学系统、高精度AD采样算法、光谱云平台架构、近红外光谱化学计量学算法的核心知识产权，本产品属国内首创的微型智能近红外光谱产品。 /span /p p style=" line-height:150%" strong span style=" line-height:150% font-family: 宋体" 主要技术指标： /span /strong /p p style=" text-indent:32px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 波长范围:1550nm-1850nm /span /p p style=" text-indent:32px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 光谱分辨率:20nm /span /p p style=" text-indent:32px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 波长重复性:± 2nm /span /p p style=" text-indent:32px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 扫描时间:& lt 3s /span /p p style=" text-indent:32px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 连接方式:蓝牙4.1 /span /p p style=" text-indent:32px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 接口: Micro-USB /span /p p style=" text-indent:32px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 尺寸:110mm× Φ83mm /span /p p style=" text-indent:32px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 重量:300g /span /p p style=" text-indent:32px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 电源:锂电池 /span /p p style=" text-indent:35px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 本产品已针对多种粮食颗粒原料和半成品、纺织品、水果等成功建模，根据不同的分析成分，模型决定系数在0.85-0.97之间。 /span /p /td /tr tr style=" height:75px" td colspan=" 4" style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 624" height=" 75" p style=" line-height:150%" strong span style=" line-height:150% font-family: 宋体" 应用前景： /span /strong /p p style=" text-indent:35px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 本产品以微型智能近红外光谱仪终端、智能手机应用和光谱数据分析平台为整体系统，可以为行业客户搭建一套覆盖整个生产制造流程的产品质量精准控制系统，相比传统的理化分析手段，具备成本低、不需制样、快速检测的特点，在石化、农业、纺织、饲料、食品等各相关行业有迫切的刚需，是提高相关行业生产效率及投入产出的重要助手，具备稳定持续的市场需求。 /span /p p style=" text-indent:35px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 本产品也可以对现实生活中的物体进行成份和含量分析，辅助人眼对物体进行判断甄别，进入大众消费市场，更便捷、快速、更多地了解到关于我们的环境、饮食、身体等各方面的信息，可以提高人们生活品质，保障衣食住行质量。 /span /p /td /tr tr style=" height:72px" td colspan=" 4" style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 624" height=" 72" p style=" line-height:150%" strong span style=" line-height:150% font-family: 宋体" 知识产权及项目获奖情况： /span /strong /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 本产品已申请多项发明专利，拥有核心自主知识产权。 /span /p /td /tr /tbody /table p br/ /p

海洋光学(Ocean Optics – www.oceanopticschina.cn) 推出像差校正全息凹面衍射光栅光谱仪 – Torus 系列。该光谱仪具有透光率高、杂散光更低、热稳定性好的特点，可用于液体、固体等的吸收、荧光测量。Torus 可见波段光谱仪(360nm-825nm)，杂散光水平：在400nm 处，约0.015%，较平面光栅等微型光纤光谱仪更低。 　　平场光学设计及全息凹面光栅用于光的色散：Torus 光栅的凹面用于光的反射及汇聚 光栅刻线用于光的色散 光栅的环形设计用于像差校正，提高衍射效率。 　　Torus 并且具有较高的光学分辨率(1.6nm FWHM，25um 狭缝)和优良的热稳定性(在0-50℃范围内，波长漂移更小，峰型保持基本一致)。 　　Torus 系列光谱仪可以通过 USB 接口与计算机进行交互控制，可以根据客户需要更改狭缝、滤光片及其它配件来优化配置 也可以通过 C-mount 接口与显微镜等配合使用。与海洋光学的其它光学配件一起，使您的测量更方便，更灵活。 　　Torus 通过海洋光学的 Spectrasuite 光谱操作软件来进行操作与分析，并且可用于 Windows, Macintosh，及 Linux 操作平台。并且还与海洋光学的 OmniDriver，SeaBreeze 软件开发平台相兼容。

仪器信息网讯 2023年9月23日，由中国物理学会光散射专业委员会主办、河南大学承办、陕西师范大学协办的第二十二届全国光散射学术会议在河南开封召开。此次会议邀请了国内外光散射，以及相关光谱原理和技术领域的诸多知名专家学者，共同探讨光散射领域的最新研究成果和发展趋势，吸引了近500人注册参会。值得一提的是，为了解决科研和实际应用中的难题，多位专家在仪器技术开发方面做了系列探索，并产出了相关的成果，吸引参会代表关注。部分报告内容分享如下：中国科学院半导体研究所 谭平恒研究员《显微共焦拉曼光谱模块及其应用》现场仪器展示：显微共焦拉曼光谱模块鉴于市场上显微共焦拉曼光谱仪的昂贵价格，是否能设计一套显微共焦拉曼光谱测量模块，可与任何光谱仪耦合成一套成本低、操作简便、光路布置合理以及后期升级方便的多功能显微共焦光谱仪是众多研究者迫切盼望的事情。22日的会前特邀讲座环节，中国科学院半导体研究所谭平恒研究员分享了其课题组的仪器成果，并在会议同期做了仪器展示。据介绍，在近25年拉曼光谱研究经验基础上，谭平恒研究员的课题组成功研制了显微共焦光谱测量模块，连续多年入选《中国科学院自主研制科学仪器》产品名录，可以实现从拉曼光谱仪到布里渊光谱仪耦合，从高信号透过率到低波数信号测量，从近红外激光到深紫外激光激发，从光栅光谱仪到光纤光谱仪耦合，从高温热台到极低温恒温器应用，从光谱多信号出口到高性价比多功能集成与升级方案，从实验室照明状态下调试和测试到超低背景噪声光谱实现等功能。中国科学院上海微系统与信息技术研究所 陈昌研究员《芯片级拉曼光谱仪的机遇与挑战》微型拉曼光谱仪使拉曼技术在更广泛的无损快速检测场景中得以应用。陈昌研究员在报告中从原理、小型化、应用等方面对色散型光栅光谱仪、迈克尔逊干涉光谱仪、空间外差干涉光谱仪等的优缺点进行了分析，并详细介绍了微型化、高性能拉曼光谱仪面临的挑战，包括高通量、高光谱分辨率等。为了攻克难题，陈昌研究员的实验室汇聚了8大类30多台拉曼光谱仪。经过课题攻关 ，其课题组开发了芯片级的空间外差拉曼光谱仪。据介绍，该产品核心部件轻于1克，实现了若干个物质的拉曼光谱重构。北京理工大学 崔晗教授《激光空间偏移/差动共焦拉曼光谱技术及应用》传统拉曼光谱技术的探测深度只有几百微米，仅可用于样品表层信息的探测，而空间偏移拉曼光谱(SORS)技术通过收集离激发光轴有一定偏移量的轴外拉曼光谱，可实现样品内部深层信息的探测。北京理工大学崔晗教授课题组提出了一种将空间偏移拉曼光谱技术与空间外差光谱技术(SHS)相结合的空间偏移外差拉曼光谱(SHORS)的方法，以对现有空间偏移拉曼光谱技术的性能进行改善。与采用光栅色散型光谱仪的空间偏移拉曼光谱技术相比，空间偏移外差拉曼光谱技术将系统的灵敏度提高了约一个数量级，为其在生物医学、地质考古等领域的进一步应用提供了技术途径。不仅如此，该课题组还基于差动共焦定焦技术构建了系列差动共焦拉曼光谱仪，实现了微区三维几何形貌和光谱信息的同步原位探测，提高了系统定焦能力，改善了系统抗漂移能力。除了以上的报告之外，还有很多老师分享了在拉曼光谱仪器技术、方法开发方面所做的系列工作，如力学拉曼光谱、紫外共振拉曼光谱、原位高温拉曼光谱、时间门控拉曼光谱等。24日，雷尼绍、牛津仪器、赛默飞、天美仪拓、光谱时代、HORIBA、长光辰英、鉴知技术等仪器企业也将分享最新的产品和技术。为期3天的报告还在继续，相关的新技术新成果精彩纷呈，鉴于篇幅的原因不能一一描述，仪器信息网也将给大家持续分享会议的精彩内容，敬请期待！

滨松公司2015年推出了一款最新的微型化光谱探测器——MEMS-FPI C13272。MEMS FPI NIR Spectrum Sensor，全称“微机电加工工艺制作法布里珀罗腔型近红外光谱探测器”，简称MEMS-FPI。是一款超小型、低成本的光谱探测器产品。虽说微型光谱仪也不是一个新鲜的概念了（2013年滨松就推出了指尖大小的微信光谱仪C12666MA），但是MEMS-FPI C13272的出现，对熟悉光谱仪行业的人来说也会是一个大惊喜。原因很简单，因为这个器件彻底打破了传统意义上人们对于光谱仪的认知，不仅原理上跟传统光谱仪完全不同，还将微型化做到了新的极致。既然是“微型化”，那“身材”肯定是棒棒哒。具体有多小，见上图就好了。之所以能够做得如此之小，主要是在三个方面的功夫：1、该器件使用的分光技术不是大家所熟知的光栅，而是极为罕见的方法——法布里珀罗标准具，所以使得该光谱仪仅仅使用单点的InGaAs探测器，就能够得到光谱图。这么做的好处是可以用三个“大大”归纳：大大省了InGaAs材料，大大降了制作成本，大大减了探测器部分的体积。2、法布里珀罗标准具的制作，采用的是MEMS加工方法，从而使分光部分的体积也减小不少。3、探测器部分和分光部分被封装在了一个器件之中。综上三点，笔头大的小身板儿就诞生了。MEMS-FPI近红外光谱仪结构示意图物联网、可穿戴设备等概念当下也是如火如荼，其不可或缺的推进力，也是传感器体积和性能的不断极致。而光谱仪由于能够帮助人们识别物质，更是成为了众多厂商和消费者极为关注的一类。但苦于没有成熟的的微型光谱探测元件方案，如今市面上也鲜有一款能够帮助人们识别物质成分的民用消费级设备。而现在随着“微型化”产品的陆续出现，相信那些对于可穿戴“天马行空”的想法也能将真的够落地成真了。就这只MEMS-FPI C13272（光谱范围在1.55~1.85μ m）来说，可以实现对气体（环境测量）、食品和饮料、农产品、饲料、石油化工等产品的检测。不过，在如今的这个处处脑洞大开的世界，有点其他的一些应用前景，也是说不定的事。目前滨松拥有该产品的少量配套评估板和软件，如有意对该产品进行测试评估，敬请和滨松中国取得联系。另外，在即将在11月27日举办的BCEIA上，MEMS-FPI C13272不但会出展，其可连移动设备的DEMO机也将同台展出，现场将提供sample，欢迎前来体验。MEMS-FPI DEMO模块可连移动设备MEMS-FPI是日本滨松的产品图为其在今年9月日本JASIS展出的DEMO模块实物想象一下，今后人们通过手里的价格低廉的设备，就能知道所吃食物的物质组成，饮料里是否有不健康的东西，空气质量的好坏，衣服所含成分等等。人们也可以根据自己的身体状况，决定喝不喝桌上摆着的这一杯咖啡或者果汁，做饭的时要不要使用那么多油。到那时，健康饮食将不再只是脑中的概念，而是实实在在可以掌控的事实了。点击进入滨松MEMS-FPI C13272资料下载

近日，浙江大学光电学院的马耀光研究员在微型高性能光谱仪研究中取得了新进展。研究团队提出了一种具有皮米量级分辨率的微纳光纤锥光谱仪。在这种光纤锥光谱仪中，精心设计的光纤锥几何参数使得输入光激发的少数传播模，可以随着光纤锥的非绝热形变发生耦合、演化过程，进而快速形成大量的高阶模式。这些新形成的高阶模式同时也会随着光纤锥的渐变直径被截止而转化为泄漏模，从而在探测面形成复杂的光学散斑。光谱信息也在这个过程里被编码进散斑图案之中。可以利用基于Transformer的MobileViT模型，快速、高效、准确的对输入光谱进行还原。经测试，光谱仪可以工作在450-1100nm的波段范围内，对输入光的分辨率可达1 pm 数量级。该光谱仪以相对较低的制造难度与成本，在毫米级的空间尺度下实现了皮米级的波长分辨能力。自牛顿利用棱镜观察到色散现象以来，针对光谱技术的研究就在人类发展历程中占据了重要地位。随着光谱分辨率的提高与光谱理论的完善，光谱技术逐步从科学实验领域扩展到了分析应用上，在生物传感、环境监测、天文、医疗等领域都发挥着重要的作用。但是传统光谱仪体积庞大、价格昂贵，因而在实际应用中较难推广。对光谱的测量往往需要使用非常专业的设备或者在专业的检测机构才能进行。近年来，随着微纳技术的发展，微型光谱仪凭借其体积小、重量轻、操作便捷、结构简单、价格低廉等特点，逐渐被人们所重视。但是，针对光谱仪的低成本、小体积、高性能等要求存在内在的制约关系：减小分光和探测元器件的尺寸将导致光谱仪的分辨率、灵敏度及动态检测范围显著下降，同时有可能增加器件的制造难度与成本。如何利用计算光谱技术进行光谱编码与解码是打破这一内在限制的重要前提。微纳光纤（MNFs）是研究纳米尺度光与物质相互作用的优秀平台之一。利用其简洁的几何形貌、强光场约束等优点，研究人员利用自制的光纤拉锥机精确控制光纤锥尺寸，对其内部的传导模式产生有效调控，如图1a所示。a) 基于微光纤锥的光谱编码结构利用非绝热近似下的陡变光纤锥，将输入的少量低阶模式快速转变为大量高阶模式。产生的高阶模式的数量和权重均为输入光场频率的函数。因而，随着高阶模式被光纤锥的渐变直径逐步截止，光谱信息就会随着泄漏的光场被编码进探测到的复杂散斑图案之中。多模光纤拉制的光纤锥内支持的传导模式众多，再加上锥区模式耦合带来的自由度，散斑结构非常复杂，波长的微小改变也会使得散斑有非常明显的变化，从而可以在较小的尺寸内实现高分辨的光谱识别如图1b、c所示。图1光谱仪结构。（a）微型光谱仪图片（b,c）微纳光纤锥区泄漏模图案映射在衬底上的侧视图和俯视图1. 光纤纤芯直径、光纤锥度、锥区长度、拉伸长度等结构参数对光线锥泄漏散斑具有重要的影响。输入光在芯径更大的光纤中，可以激发更多的模式，因此在后续的模式演化过程中可以产生更复杂的散斑，包含更多的光谱特征。图2的仿真结果也验证了这一点。图2 不同纤芯直径拉制得到的光纤锥的散斑仿真。纤芯直径分别为（a）8.2 μm（b）62.5μm（c）105μm2. 在微纳光纤束腰直径一致的情形下，锥区长度越短，锥区角度越大。如图3所示。随着锥区变短，散斑尺寸缩小，由Nyquist采样定理可知，对于一定大小的探测器单元尺寸，系统可以采集的散斑精细结构的质量会随之变低。例如当锥长为750 μm时，散斑尺寸仅为~2 μm。图3 不同锥区长度的光纤锥散斑仿真。锥区长度分别为（a）6000 μm（b）3000μm（c）1500μm（d）750μm3. 通过优化拉制光纤的纤芯直径，拉制过程中的拉伸长度与锥区长度等参数，研究人员在300*600 μm的小尺寸内，得到信息足够丰富的散斑。散斑图样由互补金属氧化物半导体（CMOS）传感器（CIS）直接获取，如图2a所示。利用自制的微纳光纤拉锥平台和转移平台，研究团队可以高效率、高精度地制备所需要的微纳光纤，并且将其与CIS探测器进行一体化集成。使得最终的样品在保证高集成度的同时，具有良好的稳定性与重复性。并且，制备的光谱仪核心元件的成本不到15美元。b) 基于深度学习的高精确度光谱复原研究人员发现重构型光谱仪的算法选择对重构结果也有较大影响，为了可以实现快速、低功耗的光谱重构，我们采用基于Transformer架构的MobileViT模型进行了训练，用于最终的图像分类与光谱重构。最终，光谱仪准确地恢复了450-1100 nm光谱范围内（受限于实验中采用的CMOS的工作带宽300-1100 nm 与神经网络训练过程中可用的输入光谱范围450-1200nm的交集）被测光谱信息，平均峰值信噪比(PSNR)为46.7 dB。重建的窄带光(彩色实线)和商用光栅光谱仪的地真光谱(图4(a)黑色虚线，Ocean Optics, LEDPRO-50)显示出很高的一致性。单色光的中心波长误差约为0.0223%。线宽误差约为7.37%。并且，光谱仪在图4b、c所示的性能极限测试中也展示出很好的表现：在工作带宽的测试中，可以准确恢复半高全宽为90 nm的光谱。在对于分辨极限的测试中，可以准确还原间隔1.53 pm的双峰信号。图4 光谱仪性能表征。（a）450-1100 nm波长范围内光谱恢复（b）连续光谱的恢复（c）窄双峰的恢复c) 高精度的高光谱探测能力因为微纳光纤尺寸小、光束缚能力强的特点，可以在一个传感器上集成多个微纳光纤锥，实现高光谱成像功能。图5a展示了在CIS上集成20个光纤锥的样品。结合机械扫描的采样方式，可以对例如图5b中的图像，进行高光谱采集。如图5c、d所示，采得的光谱信息具有很好的准确度和色彩还原度。图5 光谱仪高光谱表征。（a）20通道高光谱成像仪（b）彩色贴片图及高光谱复原结果（c）b中各个色块的光谱还原图（d）b中不同色块的CIE 1931色彩空间坐标研究团队利用轻量级Transformer架构的神经网络模型，对微纳光纤锥区泄漏模的干涉散斑进行优化与采集，简洁地实现了基于微纳光纤锥的光谱信息编解码架构，进而构建出一种尺寸在亚毫米量级，分辨率在皮米量级的低成本、高性能微型光纤锥光谱仪。此外通过在CIS上集成多个微纳光纤锥，可以实现高光谱成像的功能。未来，如果在标定过程中进一步考虑偏振态的影响，我们可以同时获得未知光的光谱和偏振态。论文所提出的光谱仪可应用于食品检验、药物鉴定、个性化健康诊断等领域，成本低廉。 本研究得到了国家自然科学基金和浙江省自然科学基金的资助。论文通讯作者为马耀光研究员，共同第一作者为硕士生岑青青和博士生片思杰。硕士生刘鑫航、唐雨薇、何欣莹也为论文工作做出了重要贡献。本论文的完成单位为浙江大学光电科学与工程学院、极端光学技术与仪器全国重点实验室、杭州国际科创中心、浙江大学嘉兴研究院智能光电创新中心。

p 　　滨松光电公司新开发了世界上最小的(内部调查)光栅光谱仪“SMD系列微型光谱仪C14384MA”，具有近红外线高灵敏度，体积紧凑，重量轻，成本低的特点。C14384MA的立方尺寸约为MS系列微型光谱仪的1/40，重量约为其1/30，在相同的近红外范围内灵敏度约是后者的50倍高。这使得C14384MA成为需要实时现场测量应用的理想选择，例如食品或农作物的质量检查，甚至是四轴飞行器或无人机的环境分析。滨松将从2018年11月1日(星期四)起开始接受日本国内外测量与检测设备制造商的样品订单。 br/ /p p style=" text-align:center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201810/uepic/c8d3bf5c-0dc3-4b17-b243-901a2030fe7b.jpg" title=" Mini-spectrometer SMD series C14384MA and currently available mini-spectrometer and micro-spectrometer.png" alt=" Mini-spectrometer SMD series C14384MA and currently available mini-spectrometer and micro-spectrometer.png" width=" 400" height=" 268" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 400px height: 268px " / /p p style=" text-align: center " strong 微型光谱仪SMD系列C14384MA，及目前可用的微型光谱仪和小型光谱仪 /strong br/ /p p 　　该产品将于滨松光子展上首次展出，展览自11月1日(星期四)起为期3天。滨松光子展每5年举办一届，本届展会将在位于日本滨松市中区的Act City中央厅举行。 /p p 　　小贴士：光栅是通过利用不同波长光具有不同折射角的原理，将光分离成不同波长组分的光学元件。 br/ br/ 附件： img src=" /admincms/ueditor1/dialogs/attachment/fileTypeImages/icon_pdf.gif" style=" vertical-align: middle margin-right: 2px " / a href=" https://img1.17img.cn/17img/files/201810/attachment/2e8b150e-9291-4221-8a9b-efa4e9ea7419.pdf" target=" _blank" title=" 微型光谱仪SMD系列介绍-英文版.pdf" textvalue=" 微型光谱仪SMD系列介绍-英文版.pdf" span style=" font-size: 16px " 微型光谱仪SMD系列介绍-英文版.pdf /span /a /p p br/ /p

化学家们日前的一项成就，为制造更高性能的光谱仪铺平了道路，而这种光谱仪将比手机照相机镜头的图像传感器还要微型。1日出版的英国《自然》杂志上的一篇论文，详细描述了一种微型量子点光谱仪，其未来应用包括太空探索、个性化医疗、微流控芯片实验室诊断平台等。 　　光谱仪作为一种分析仪器，几乎在每个科学领域都会用到，尤其在物理、化学和生物学研究中必不可少。这类设备通常体积过大以致于难以移动。科学家长期致力于让光谱仪小型化、成本低廉且易于使用，以便增加它们的使用范围。但一直以来，相关努力都不是很成功。 　　据美国麻省理工学院官方网站消息，此次，前麻省理工学院博士后、中国清华大学的鲍捷以及麻省理工学院化学教授莫吉· 巴旺迪提出，现有微型光谱仪的设计局限可以用胶体量子点克服，量子点是高度可调控的、微型的并且对光敏感的半导体晶体，使用量子点可以在减小光谱仪体积的同时不影响它的分辨率、使用范围和效率。 　　研究人员展示了一个用195个不同的量子点做成的光谱仪，其每一个量子点都对特定光谱范围敏感，可以过滤各种波长的光并检测到非常小的光谱移位。美国加州大学伯克利分校物理学副教授王锋(音)认为，这个堪称&ldquo 美丽&rdquo 的方式，利用半导体量子点微型光谱仪来控制光吸收，该设备体积之小、性能之高，在以前还从未实现过。 　　论文作者们表示，这一系统兼具了高性能和简洁性，容易制造并有进一步小型化的可能，所以将会在很大程度上有利于那些需要缩小尺寸、重量、成本和复杂性的应用。其与小型设备结合后，可用于诊断皮肤状况或分析尿液样本，甚至用于追踪生命体征诸如脉搏和血氧水平等。与此同时，这一研究也代表了量子点的新应用，这种纳米结构材料现主要适用于标记细胞和生物分子，在计算机及电视显示屏领域也大有用武之地。 　　总编辑圈点 　　量子点这种发现于上世纪80年代的纳米晶体，吸收性能众所周知并且非常稳定。现在利用量子点固有的性质打造出新型光谱仪的优点，甚至足够小到可以在智能手机中运行，使得一个以往笨重的实验设备轻松走入日常生活。受益的，不仅仅是科学家们研究原子能量水平、分析生物组织样品，更多的行业都可随时利用光谱仪，譬如检测环境污染、判断食品安全等等。

海洋光学(Ocean Optics)于近期推出高性能，900-2200nm 光谱响应的近红外光谱仪：NIRQuest 512-2.2。该产品是用于水分检测、化学分析、高分辨率激光检测和光纤特征研究等的理想设备。 海洋光学NIRQuest 512-2.2 近红外光纤光谱仪尺寸小，且测量范围可达900-2200nm 　　NIRQuest 512-2.2采用高稳定性、512像元的滨松 (Hamamatsu) 铟镓化砷 (InGaAs) 阵列探测器，集成二阶热电制冷和低电子噪声的小型光学平台。根据配置 -- 有六种光栅选项和五种尺寸入射狭缝可供选择--光学分辨率可达~0.5 nm-5.0 nm ( FWHM 全宽半高值)，高的分辨率要求对激光特征分析是相当有用。 　　独特的外部硬件触发功能允许用户通过外部触发来捕捉光谱，或者在数据获得之后来控制触发其它器件。该功能有利于自动过程控制的集成开发或从同步闪光的太阳能模拟器中捕捉光谱。 　　光谱仪采用的SpectraSuite操作软件是一个模块化、以 Java 开发的操作平台，可在Windows，Mac OS 和Linux 操作系统下运行工作。 此外，NIRQuest 512-2.2能与海洋光学的Remora网络适配器一起使用，可将系统变为通过以太网或已有无线连接控制使用的多用户光谱数据服务器。 　　推出NIRQuest 512-2.2之后，海洋光学现提供的NIRQuest近红外光谱仪光谱测量范围选项如下：900-1700 nm、900-2050 nm、900-2200nm 和900-2500nm 。多种光栅、光学平台和光学附件使得 NIRQuest 系列能适应各种各样的应用，如医学诊断、食物饮料监测、药物分析、环境监控和过程控制等等。 　　关于海洋光学 (Ocean Optics) 和豪迈 (HALMA) : 　　总部位于达尼丁，佛罗里达的海洋光学是世界领先的光传感和光谱技术解决方案提供商，为您提供测量和研究光与物质相互作用的先进技术。海洋光学在亚洲与欧洲设有分部，自1992年以来，在全球范围内共售出了超过120，000套光谱仪。海洋光学拥有庞大的产品线，包括光谱仪、化学传感器、计量仪器、光纤、薄膜和光学元件等等。海洋光学是致力于安全检测领域的英国豪迈集团的子公司。海洋光学的产品在医学和生物研究、环境监测、科学教育、娱乐照明及显示等领域应用广泛，公司隶属英国豪迈集团。创立于1894年的豪迈是国际安全、健康及传感器技术方面的领军企业，伦敦证券交易所的上市公司，在全球拥有 4000 多名员工，近40 家子公司。豪迈目前在上海、北京、广州和成都设有代表处，并且已在中国开设多个工厂和生产基地。