光譜儀由大型科研儀器走向便攜應(yīng)用的轉(zhuǎn)化

光譜，被視為物質(zhì)的“指紋”，是各類(lèi)物質(zhì)與生俱來(lái)的“身份證”，而光譜儀就像一雙分辨光波的“眼睛”，通過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量物質(zhì)“指紋”，“一眼洞穿”其化學(xué)成分和物理特性。

近期，利用光譜原理，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所副研究員林慧成功研發(fā)了一系列面向食品、藥品、照明檢測(cè)的超微型光譜儀，實(shí)現(xiàn)了光譜儀由大型科研儀器走向便攜應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。

林慧團(tuán)隊(duì)從古代活字印刷術(shù)中獲得靈感，發(fā)明了用于曲面的柔性納米壓印技術(shù)，改進(jìn)了關(guān)鍵器件，創(chuàng)新性地將光譜儀與合成生物學(xué)大設(shè)施、爬壁機(jī)器人等新領(lǐng)域結(jié)合，碰撞出全新應(yīng)用場(chǎng)景。

集成所精密工程研究中心副主任林慧

自然界中的太陽(yáng)光、人造日光燈發(fā)出的光，都是由幾種單色光合成的復(fù)色光。將復(fù)色光分解為單色光的光柵，是光譜儀運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。

用光譜儀測(cè)量物品的反射或透射光，將復(fù)雜成分的光分解為光譜，然后通過(guò)數(shù)據(jù)分析，就可以知道物品的成分?！捌渲泄鈻畔喈?dāng)于光譜儀的‘心臟’，是核心器件?！绷只郾硎荆麄兊难芯烤褪菑墓鈻派舷鹿Ψ?。

林慧團(tuán)隊(duì)研發(fā)的曲面光柵

團(tuán)隊(duì)在研發(fā)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)光譜儀使用的平面光柵相比，凹面衍射光柵具有像差校正性能，可以代替多個(gè)光學(xué)元件，起到簡(jiǎn)化光路的作用，推動(dòng)原本體積較大的光譜儀實(shí)現(xiàn)小型化和輕型化。

不過(guò)，制作工藝限制了凹面光柵的發(fā)展。凹面光柵的表面刻蝕了微納米尺度的溝槽，而且這些溝槽的間距是不均勻的?，F(xiàn)階段的技術(shù)要么通過(guò)金剛石刻刀，沿曲面進(jìn)行步進(jìn)刻畫(huà)，要么通過(guò)全息曝光與離子束刻蝕制作，這些都需要依賴昂貴的設(shè)備，效率低、成本高。

為解決該問(wèn)題，林慧團(tuán)隊(duì)與香港中文大學(xué)陳世祈老師團(tuán)隊(duì)合作，經(jīng)過(guò)3年研發(fā)，發(fā)明柔性納米壓印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了曲面光柵的高效印刻。

所謂納米壓印，可以形象地理解為古代的活字印刷術(shù)。柔性壓印則是采用硅橡膠等材料作為軟模板，先制作帶有光柵圖案的軟模板，再通過(guò)模板的變形與曲面貼合，從而實(shí)現(xiàn)圖形從平面向曲面的轉(zhuǎn)印。

目前團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成了柔性納米壓印機(jī)的樣機(jī)開(kāi)發(fā)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高效、靈活的柔性/曲面微納結(jié)構(gòu)制作。據(jù)了解，該技術(shù)在曲面屏、AR顯示等消費(fèi)電子產(chǎn)品中也將有廣闊的應(yīng)用前景。