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超紧凑红外光谱仪:2 cm²芯片实现手持化学分析

手机几乎无所不能。借助这些设备,甚至可能确定啤酒酒精含量或水果成熟度。当今用于化学分析的红外光谱仪通常重达数公斤,难以集成进手持设备。

开发出约2平方厘米大小芯片,可像传统光谱仪一样分析红外光。传统光谱仪将入射光分成两路,分别反射于两面镜子。反射光束重组后用光电探测器测量。移动一面镜子产生干涉图样,可用于确定入射信号中不同波长比例。因化学物质在红外光谱产生特征吸收峰,科学家可用结果图样识别测试样品中物质种类和浓度。

新型微型光谱仪基于同一原理;但新设备中,入射光不再借助可动镜子分析。而是利用特殊波导,其光学折射率可通过外部电场调节。改变折射率产生效果类似移动镜子,以相同方式分散入射光谱。

视波导配置而定,研究人员可检查光谱不同部分。与只能覆盖窄光谱范围的其他集成光谱仪不同,新设备可轻松分析宽光谱段。光谱仪仅需校准一次,而传统设备需反复重新校准,且因无运动部件,维护需求更少。

研究人员采用电信行业也用作调制器的材料。此材料有许多优良特性,但作为波导,它将光限制在内部。这不理想,因测量仅当部分导引光能逸出才可能。为此,研究人员在波导上附加精细金属结构,将光散射到器件外部。

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