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小型化单纳米线光谱仪

发布:HPLlaser    |    2019-09-11 19:54    阅读:277
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英国剑桥大学的科学家开发了一种基于单一组成工程纳米线的微型光谱仪,该纳米线独立于复杂的光学元件或空腔。根据研究人员的说法,它是迄今为止设计的最小的光谱仪。

剑桥团队与来自中国,英国和芬兰的同事合作,使用了一种纳米线,其材料成分沿着导线的长度变化,这使得它能够响应可见光谱中不同颜色的光。使用类似于用于制造计算机芯片的技术,该团队随后在该纳米线上创建了一系列光响应部分。研究人员表示,即使是现在,大多数光谱仪的基本原理与牛顿近400年前用棱镜所证明的相似:光线在不同光谱成分中的空间分离。这样的基础使得将光谱仪缩小到比硬币小得多的尺寸变得十分具有挑战性。

单纳米线光谱仪概念图。由Ella Maru Studio提供。

“我们设计了一种纳米线,使我们能够摆脱分散元素,就像棱镜一样,产生比传统光谱仪所允许的更简单,超微距化的系统。”研究员Zongyin Yang说。团队的光谱仪沿着纳米线的长度测量光电流。从纳米线的不同部分接收的响应可以直接馈入计算机算法以重建入射光谱。超紧凑光谱仪可以提供可见范围的单色和宽带光重建以及从厘米级焦平面到单透镜尺度的无透镜原位映射的光谱成像。

“使用我们的设备,每个像素都包含来自可见光谱的数据点,因此我们可以获取远远超出我们的眼睛可以感知的颜色的详细信息。例如,这可以告诉我们关于图像每帧中发生的化学变化“研究员Tom Albrow-Owen说。

研究人员Tawfique Hasan说:“该设备的潜在应用包括评估食品新鲜度和药物质量以及识别假冒物品,所有这些图像都可来源于智能手机相机。我们的方法可以实现光谱设备前所未有的小型化,在某种程度上可以将它们直接整合到智能手机中。

纳米线光谱仪的另一个潜在用途可能是生物学。由于该设备非常小,因此无需显微镜即可直接成像单个细胞。与其他生物成像技术不同,纳米线光谱仪获得的信息可包括对每个像素的化学指纹的详细分析。

研究人员相信,他们所创造的平台可能会产生新一代工作在紫外到红外波长的超紧凑光谱仪。他们已经为该技术申请了专利,并希望在未来五年内将其用于实际应用。

该研究目前已发表于Science(https://doi.org/10.1126/science.aax8814)。

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