新型緊湊，低成本的設(shè)備可以幫助將普通手機(jī)變成高級(jí)分析工具。

想象一下，將智能手機(jī)指向在食品儲(chǔ)藏室背面發(fā)現(xiàn)的咸點(diǎn)心，并立即知道其成分是否變酸了。

被稱為光譜儀的設(shè)備可以基于吸收和發(fā)射的光的獨(dú)特“指紋”來(lái)檢測(cè)危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)。但是，這些分光儀器長(zhǎng)期以來(lái)既笨重又昂貴，無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室外使用。

到現(xiàn)在。威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的工程師已經(jīng)開發(fā)出一種光譜儀，它既小又簡(jiǎn)單，可以與典型手機(jī)的攝像頭集成在一起而不會(huì)犧牲準(zhǔn)確性。

“這是一款緊湊的單次光譜儀，可提供高分辨率且制造成本低。”創(chuàng)建該設(shè)備的電氣工程師團(tuán)隊(duì)中的Zhu Wang說(shuō)。

研究人員于2019年3月4日在《自然通訊》雜志上發(fā)表了有關(guān)這些設(shè)備的描述。

該團(tuán)隊(duì)的設(shè)備還具有稱為高光譜成像的高級(jí)功能，該功能可收集圖像順序中每個(gè)像素的信息，以識(shí)別材料或檢測(cè)復(fù)雜背景下的特定物體。例如，高光譜感應(yīng)可用于檢測(cè)巖壁內(nèi)有價(jià)值礦物的接縫，或識(shí)別植被茂密的特定植物。

每個(gè)元素的光譜指紋都包括獨(dú)特的發(fā)射或吸收的光波長(zhǎng)-光譜儀感知光的能力使研究人員能夠進(jìn)行所有工作，從分析未知化合物的成分到揭示遙遠(yuǎn)恒星的構(gòu)成。

光譜儀通常依靠棱鏡或光柵將物體發(fā)出的光分成離散的波段-每個(gè)波段對(duì)應(yīng)于不同的波長(zhǎng)。相機(jī)的光電探測(cè)器可以捕獲和分析這些波段；例如，鈉元素的光譜指紋由波長(zhǎng)為589和590納米的兩個(gè)波段組成。

人眼將590納米波長(zhǎng)的光視為淡橘黃色的陰影。較短的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于藍(lán)色和紫色，而較長(zhǎng)的波長(zhǎng)顯示為紅色。陽(yáng)光包含混合在一起的完整彩虹，我們將其視為白色。

為了解決不同顏色的混合物之間的差異，光譜儀通常必須相對(duì)較大，并且具有較長(zhǎng)的路徑長(zhǎng)度，以使光束傳播和分離。

然而，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了微型光譜儀，其每側(cè)僅測(cè)量200微米（大約是圓珠筆筆尖面積的20倍），并且足夠精致，可以直接放置在典型數(shù)碼相機(jī)的傳感器上。

如此小的尺寸之所以可行，是因?yàn)檠芯咳藛T的設(shè)備基于特殊設(shè)計(jì)的材料，這種材料迫使入射光在到達(dá)傳感器之前來(lái)回反彈幾次。這些內(nèi)部反射在不增加體積的情況下延長(zhǎng)了光傳播的路徑，從而提高了設(shè)備的分辨率。

這些設(shè)備執(zhí)行了高光譜成像，從疊加投影的快照中解析出兩個(gè)截然不同的圖像（分別為數(shù)字5和9），該圖像將這對(duì)圖像組合成肉眼無(wú)法分辨的東西。

現(xiàn)在，該團(tuán)隊(duì)希望提高設(shè)備的光譜分辨率以及所捕獲圖像的清晰度和清晰度。這些改進(jìn)可以為更多增強(qiáng)型傳感器鋪平道路。