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光譜儀的未來發展趨勢:微小型化

作者:光譜儀2017-05-08 21:54:38

微型光譜儀具備許多大型光譜儀所不具備的優點,體積小、重量輕、使用方便,重點是探測速度快、可集成化以及可批量生產等。與其他光譜儀一樣微型光譜儀同樣也有著巨大的應用市場。微型光譜儀的實現可以應用多種技術,目前最為常用的方法就是:采用新型濾光技術製作微型光譜儀;利用光纖的化學傳感性製成光纖探針進行光譜分析;使用微細加工製作集成式微型光譜儀等。

利用光纖製作的微型光譜儀,光纖傳感器的主要特點是具有很高的傳輸信息容量,可以同時反映出多元成分的多維信息,並通過波長、相位、衰減分布、偏振和強度調製、時間分辨、收集瞬時信息等來加以分辨,真正實現多道光譜分析和複合傳感器陣列的設計,達到複雜混合物中特定分析對象的檢測,這對電傳感器和聲傳感器而言是望塵莫及的。光纖的探頭直徑可以小到與其傳播的光波波長屬於同一數量級,這樣小巧的光纖探頭可以直接插入那些非整直空間和無法采樣的小空間(如活體組織、血管、細胞)中,對分析物進行連續檢測。
OceanOptics公司的一些人研製一種緊湊級聯光纖DIP探針微小光譜儀,該係統的設計是使用單股光纖以獲得高分辨率光譜信息,對於決定液體的吸收、發射和散射,或測量pH或有毒金屬濃度使用固定指示材料。光譜儀的模式限製光學設計得到很高的光通量,常規應用中可以使用50μm的光纖。微型光纖光譜儀還有美國等人研製的便攜式光纖拉曼光譜儀,便攜式光纖拉曼光譜儀可以對化學試劑鑒定盒進行非接觸分析,它包括二極管激光器、中階梯攝譜儀、電荷桐合器件(CCD)檢測器和一個帶有濾光塗層的光纖探針,這種光譜儀被用來分析密封玻璃容器中的化學試劑和其它有毒化學物。拉曼光譜是通過使用一個帶有25m光纖的EICRamanProbe探針獲得的。探針輸出功率在紫翠玉激光器下為80mW,而二極管激光器為137nW。這種微型拉曼光譜儀也可以用T單個活細胞的分析。
由於光譜儀的結構特點以及光譜儀廣泛的應用領域,在微小光譜儀的研究中可以采用多種方法和多種思路。比如改善AOTF的波長覆蓋範圍、波長分辨率和通光本領,可以使它能應用於各種光譜化學分析,而用這樣的元件可以製成結構簡單、性能良好、成本低廉的光譜儀,或者使用分辨率較高的中階梯光柵,與一般棱鏡結合,進行交叉色散,可以得到分辨率很高的二維光譜圖,所以可以根據微小光譜儀的本身特點和工作環境要求來進行設計。
微加工技術的發展以及MEMS、MOEMS的出現使許多學科技術的研究都朝著微小型化的方向發展,更需要一些特殊條件下(如外星、地下、深海、危險區等)的工作儀器。光譜儀在未來的新世紀必將出現高度智能化和微型化的趨勢,微型光譜儀可以說是微型儀器的一種。微型儀器實際上是具有儀器功能的MEMS/MOEMS產品,是MEMS技術的實際應用。

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