H0476520009 微型光谱仪技术的实用化前景展望——1-3.pdf

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微型光谱仪技术的实用化前景展望
苏星田维坚
中国科学院西安光学精密机械研究所《
摘要光谱仪作为一类重要的测试仪器,随着微光机电系统的发展,其微型化趋势日益明显。光谱仪
的小型化趋势可以追溯到世纪年代,经过十几年的发展,国际上已经出现了很多种采用先进制造
技术的微型光谱仪,国内也有很多科研院所致力于微型光谱技术的研发。目前,国际上的微型光谱仪主
要是依靠、二元光学和集成光学光波导技术等微细加工技术进行制造,有些尚处于实验室
原理样机阶段,但是随着微细加工制造技术的飞速发展,批量生产商品化的微型光谱仪已经为时不晚。
本文重点介绍了基于调制原理和基于光纤传感特性的两类微型光谱技术,阐述了发展微型光谱仪器技术
的重要意义。
关健词微型化光谱仪二元光学集成光学
引言
光谱仪器是光学仪器的重要组成部分。它是应用光学原理,对物质的结构和成分等进行测量、分析、
和处理的基本设备,具有分析精度高、测量范围大、速度快等优点,广泛应用于冶金、地质、石油、化工、医
药卫生、环境保护等部门也是军事侦察、宇宙探索、资源和水文探测等必不可少的遥感设备。川现代光谱
技术开始于二战期间的工业应用,今天光谱及相关光传感技术已经发展成了几十亿美元的产业,光谱技
术的应用几乎覆盖了所有的科学领域。
尽管应用光谱学的发展已经经历了五十多年的历史,但由于一般的光谱仪器,体积、重量过大,对工
作环境要求苛刻等因素,较难进行在线实时测试和监控,仍主要局限在实验室内进行分析。随着我国加
人,对外出口的农产品和食品的数量逐年增加。近年来,由于一些经济发达国家,如欧盟、日、韩等
对我国农产品、食品出口进行限制,农业部开始启动无公害农产品质量安全检测专项工作,对所有出口的
食品、农产品等实行更加严格的检测标准。这也对我国的测试分析仪器提出了更高的标准。过去的检测
分析仪器和检测模式,已经远远不能满足现在的要求,因此迫切需要开发微小型化的、可集成化、轻量化
的光谱仪器,实现实时测量和质量监控。
由于光纤的大批量生产,高效低廉的光学元件及线性阵列器件的出现,计算机的发展,
及二元光学等微制造技术的发展,光谱仪器逐渐摆脱了实验室的局限,光谱技术的应用逐渐延展到
实验室之外的更加广阔的领域,这就使曾一度被认为是不可能实现的、不实际的实时光谱分析,现在变得
非常可行。
和传统光谱仪相比微型光谱仪的分辨率一般稍低于传统光谱仪,但是微型光谱仪器具有许多大型
光谱仪所不具有的优点,如重量轻、体积小、探测速度快、使用方便、可集成化、可批量制造以及成本低廉
等,因此像普通光谱仪一样,微型光谱仪有着巨大的应用市场,可以应用在实验室化学分析、临床医学检
验、工业监测、航空航天遥感等领域,引起了人们广泛的兴趣。
本文简述了目前光谱技术的重要发展方向,分析了各种最新发展的微型光谱仪的工作原理和发展趋
势,探讨了微型光谱仪的多个潜在应用领域和实用化前景。
微型光谱仪器技术
微型光谱仪的实现可以应用多种技术,目前发展比较迅速的微细加工技术,包括技术
和应用二元光学和集成光学光波导技术等制造技术。目前的微型光谱仪按工作模式,包括以下几类