超緊湊型片上中紅外光譜儀 可應用於自動駕駛汽車

蓋世汽車訊 據外媒報道，一國際小組研究人員開發出一種中紅外光譜儀，其直徑比人類頭髮絲還小。中紅外光譜儀可應用於溫室氣體檢測，且可以使自動駕駛汽車更安全。因此，近年來，人們對開發緊湊型片上光譜儀非常感興趣。傳統光譜儀體積較大且價格昂貴，而片上光譜儀可極大地擴大該技術的應用和易訪問性。

爲實現該目標，來自美國、以色列和日本的一組研究人員開發出一種超緊湊型中紅外光譜儀。此項研究由耶魯大學工程與科學學院Barton L. Weller副教授Fengnian Xia、以色列巴伊蘭大學（Bar-Ilan University）Doron Naveh教授和日本國立材料科學研究所（National Institute for Materials Science）Kenji Watanabe和Takashi Taniguchi合作進行。

（圖片來源：耶魯大學）

該光譜儀採用了Fengnian Xia實驗室長期研究的一種材料—黑磷（BP），從而可基於單個可調諧光電探測器在2至9微米波長範圍內運行。黑磷厚度約爲10納米，可允許用戶調整光與物質的相互作用從而捕獲不同的光譜成分，而這也是該設備成功的關鍵。此外，先進算法對於該光譜儀也非常重要，可將光譜學中部分固有複雜性由硬件轉移到軟件。

該光譜儀大小爲9×16平方微米，遠小於人類髮絲橫截面，且其尺寸與所測量的光波長相當。即使光譜儀尺寸變得更小，由於衍射現象，其性能也不會有太多改進，因爲光線在通常情況下無法集中於比其波長小太多的點上。

巴伊蘭大學的Doron Naveh教授表示：“非常高興可以開發出該緊湊且高性能的光譜儀。我們希望可以利用此項工作中的硬件和軟件的發展原則，從而推動在醫學、農業和食品質量控制領域的商業應用。”

傳統光譜儀會將光按構成光譜的顏色分離。Fengnian Xia實驗室博士生、該研究的主要作者Shaofan Yuan表示：“新型光譜儀比傳統的光分離光譜儀更具優勢，因爲光不需要在空間上分離爲不同部分。”

與傳統光譜儀不同，該系統不依賴諸如干涉儀或可調諧紅外激光器等先進光學組件，因此有可能會使光譜儀的尺寸達到最小，並可實現片上、經濟的中紅外光譜和光譜成像。研究人員指出，汽車、無人機和衛星通常會配備紅外攝像頭，可以拍攝灰度熱圖像來檢測行人、車輛和其他危險。Fengnian Xia實驗室的光譜儀在此類潛在威脅檢測方面能力較高，因此儘管分辨率不夠高，也可以連續測量光譜信息。此外，該光譜儀還可用於遙感。