【產(chǎn)通社，8月11日訊】一組工程師推出了一種革命性的微型光譜儀，它可以安裝在指尖上，以低電壓工作，在一毫秒內(nèi)掃描從紫外到近紅外的光。這款改變游戲規(guī)則的設(shè)備取代了笨重的傳統(tǒng)光譜儀，很快就會(huì)嵌入智能手機(jī)中，為材料分析、生物醫(yī)學(xué)診斷等功能強(qiáng)大的工具就在您的口袋里。其微型光電探測(cè)器通過(guò)簡(jiǎn)單的電壓變化來(lái)改變光靈敏度，在小于像素的封裝中提供速度和精度。

緊湊型光譜法的突破

研究人員開(kāi)發(fā)了一種開(kāi)創(chuàng)性的光譜儀，該光譜儀比現(xiàn)有型號(hào)小得多，但仍然能夠精確檢測(cè)從紫外線到近紅外線的寬范圍內(nèi)的光的長(zhǎng)度。這一進(jìn)步為緊湊型手持光譜工具打開(kāi)了大門(mén)，并可能導(dǎo)致創(chuàng)建由這些微型傳感器陣列構(gòu)建的高分辨率成像光譜儀。

該論文的通訊作者、機(jī)械和航空航天工程教授布倫丹·奧康納（Brendan O ' Connor）表示：“光譜儀是幫助我們根據(jù)光與這些材料相互作用時(shí)的變化來(lái)了解各種材料的化學(xué)和物理性質(zhì)的關(guān)鍵工具�！北笨_來(lái)納州立大學(xué)�！八鼈冇糜趶闹圃鞓I(yè)到生物醫(yī)學(xué)診斷等各種應(yīng)用。然而，市場(chǎng)上最小的光譜儀仍然相當(dāng)笨重。

像素大小的光譜儀

奧康納說(shuō)：“我們創(chuàng)造了一種光譜儀，它在低電壓下運(yùn)行快速，并且對(duì)寬光譜的光敏感。”“我們的演示原型只有幾平方毫米大小-它可以安裝在你的手機(jī)上。如果你想的話，你可以把它做得像一個(gè)像素那么小�！�
這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)使用了一個(gè)微型光電探測(cè)器，可以在與給定材料相互作用后捕獲不同波長(zhǎng)的光。通過(guò)調(diào)整施加在光電探測(cè)器上的電壓，研究人員可以控制它對(duì)哪些波長(zhǎng)最敏感。

毫秒級(jí)精度、最低功耗

“如果你快速地向光探測(cè)器施加一定范圍的電壓，并測(cè)量每個(gè)電壓下捕獲的所有光的長(zhǎng)度，你就有足夠的數(shù)據(jù)，一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算程序就可以重建穿過(guò)目標(biāo)材料或反射的光的準(zhǔn)確特征，”奧康納說(shuō)。“電壓范圍不到一伏，整個(gè)過(guò)程可以在不到一毫秒的時(shí)間內(nèi)完成�！�

之前創(chuàng)建微型化光探測(cè)器的嘗試依賴于復(fù)雜的光學(xué)器件、使用高電壓，或者對(duì)如此寬的波長(zhǎng)范圍不那么敏感。

性能與傳統(tǒng)設(shè)備相匹配

在概念驗(yàn)證測(cè)試中，研究人員發(fā)現(xiàn)他們的像素大小的光譜儀與傳統(tǒng)光譜儀一樣準(zhǔn)確，并且靈敏度與商用光檢測(cè)設(shè)備相當(dāng)。
“從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，我們的目標(biāo)是將光譜儀推向消費(fèi)市場(chǎng)，”奧康納說(shuō)。“該技術(shù)的規(guī)模和能源需求使得整合到智能手機(jī)中成為可能，我們認(rèn)為這使得一些令人興奮的應(yīng)用成為可能。從研究的角度來(lái)看，這也為改善成像光譜學(xué)、微觀光譜學(xué)和其他在實(shí)驗(yàn)室有用的應(yīng)用鋪平了道路�！�

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DOI: 10.1016/j.device.2025.100866。（鐠元素，產(chǎn)通數(shù)造）