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光譜儀是用來測量光線中不同譜線強(qiáng)度的儀器,。比如,，光譜儀可以檢測出陽光的七彩色中每種顏色光對應(yīng)的亮度。通過對光譜信息的測量,，可以幫助人們獲知大至幾百萬光年外的星系活動,，小至納米尺度的分子結(jié)構(gòu)。還可以用來分析物體中的化學(xué)成分,，從而用作對空氣污染,、食品衛(wèi)生、農(nóng)作物生長,、人體健康狀況的檢測工具,，是科研和生產(chǎn)生活中必不可少的設(shè)備。 然而,，目前大部分光譜儀的工作原理仍和17世紀(jì)的牛頓三棱鏡分光實驗原理相似,。基于這種原理的光譜儀由于體積龐大已經(jīng)無法滿足日益發(fā)展的光譜應(yīng)用技術(shù)的需求,。然而,，減小光譜儀的分光元件或探測器尺寸將導(dǎo)致光譜分辨率、靈敏度及動態(tài)范圍顯著下降,，因此光譜儀的微型化是目前科技界面臨的重大技術(shù)挑戰(zhàn),。劍橋大學(xué)的研究人員在《Science》上報道了世界上最小的光譜儀。他們另辟蹊徑,，用一根比頭發(fā)絲細(xì)一千倍的帶隙漸變納米線替代了傳統(tǒng)光譜儀的分光和探測元件,，這種納米線在顯微鏡下觀察就像一道彩虹。劍橋大學(xué)研究人員巧妙地利用這種納米線光譜響應(yīng)可調(diào)的特點,，通過逆向問題求解,，從響應(yīng)函數(shù)方程組中重構(gòu)出所需要測量的光譜信息。整個光譜儀尺寸僅幾十微米,，是目前市面上最小光譜儀的千分之一,。由于極小的尺寸，他們還展示了用該微型光譜儀對單個細(xì)胞進(jìn)行掃描光譜成像的技術(shù),。通過后續(xù)的開發(fā)這種微型光譜儀將有望可以通過注射植入到人體,，用于實時監(jiān)測人體健康狀況，為癌癥等疾病檢測提供一種新的方法,。
論文的第一作者,，劍橋大學(xué)的中國留學(xué)生楊宗銀博士介紹說,，該微型光譜儀還有一個優(yōu)勢是成本極低。目前市面上最便宜的光譜儀價格近萬元人民幣,，而該器件可以低至五十元人民幣以內(nèi),，將會極大地促進(jìn)光譜技術(shù)的普及應(yīng)用。論文的通訊作者Tawfique教授和共同作者Tom博士補(bǔ)充說,，該微型光譜儀與廣泛使用的手機(jī)攝像系統(tǒng)具有良好的兼容性,，可設(shè)計成緊湊式光譜儀模塊使手機(jī)具備光譜探測能力，方便在生活中測量食物,、皮膚的光譜信息,，從而判斷食品安全以及身體健康程度，使得光譜檢測技術(shù)有望走進(jìn)大眾日常生活中,。還可以集成在手持設(shè)備上檢測物體的光譜信息用以實現(xiàn)分類和篩選,，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供一種新的技術(shù)方案。該工作由來自中國,、英國和芬蘭的多個研究組合作完成：上海理工大學(xué)的谷付星副教授,，浙江大學(xué)的童利民教授、楊青教授和王攀教授,，南京大學(xué)的王肖沐教授,，上海交通大學(xué)的蔡偉偉教授，北京大學(xué)的戴倫教授,，以及芬蘭Aalto大學(xué)的孫志培教授,。論文信息 Zongyin Yang et al. ‘Single nanowire spectrometers.’Science 06 Sep 2019:Vol. 365, Issue 6457, pp. 1017-1020 DOI: 10.1126/science.aax8814
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