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我国科学家为光谱仪“提速”6000倍

导读: 把传统光谱仪上的一面“镜子”变成10面,效率提高了6000倍。复旦大学研制的“二维CCD阵列探测器”光谱仪只需0.1秒,就能绘制出原来要花10分钟才能得到的光谱图。

  把传统光谱仪上的一面“镜子”变成10面,效率提高了6000倍。复旦大学研制的“二维CCD阵列探测器”光谱仪只需0.1秒,就能绘制出原来要花10分钟才能得到的光谱图。

  光谱仪是用来给光“拍照片”的基础科学仪器,能够对光波的能量、波长、带宽、线型等重要特征进行精细分析,在遥感、生物医学、国防、光电子功能材料等科研领域和产业界有着广泛和重要应用。但我国在这一高端科学仪器领域主要依赖进口。

  目前,红外至紫外光谱区的主流光谱分析仪器是光栅扫描型光谱仪,其中“光栅”是“灵魂部件”,其外表类似镜面,作用好似“筛子”,能够将不同波长的光子分拣出来,反射到探测器上,再经过数据处理,从而实现光谱的测量和分析。传统光谱仪通常采用机械转动装置连续旋转光栅,光栅每转动一次,就“放行”一个波长的光。由于一束光包括多个波长,故光栅需要转动多次才能让光全部通过,比较费时。现在还有一种“一维CCD阵列探测器”光谱仪,虽然无需转动光栅便可对光谱进行测量,但每次测量仅能覆盖的光谱区范围有限。要想实现宽光谱测量,仍需要旋转光栅。

  如何同时实现宽光谱测量与快速测量?“二维CCD阵列探测器”光谱仪就做到了,秘密在于它独特的光栅结构。由复旦大学信息科学与工程学院院长陈良尧领衔的课题组,经过仔细计算和试验,将10个光栅平行“捆绑”起来,成为“集成光栅”,犹如10面“镜子”各司其职,将不同波长的光子各自分拣出来,同时反射到探测器上。这位光的“捕手”能从根本上摆脱机械转动,在200至1000纳米的全光谱区获得高分辨率光谱图,效率也从原来的10分钟提高到0.1秒。

  该研究成果已获国家发明专利。相关研究成果在国际知名光学期刊《光学快报》上发表后,受到国际同行高度评价,被认为是对光谱学研究的“原创性重要贡献”。

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