新型緊湊，低成本的設(shè)備可以幫助將普通手機變成高級分析工具。

想象一下，將智能手機指向在食品儲藏室背面發(fā)現(xiàn)的咸點心，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)射的光的獨特“指紋”來檢測危險化學(xué)物質(zhì)。但是，這些分光儀器長期以來既笨重又昂貴，無法在實驗室外使用。

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，它既小又簡單，可以與典型手機的攝像頭集成在一起而不會犧牲準(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)備的電氣工程師團隊中的Zhu Wang說。

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。

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

每個元素的光譜指紋都包括獨特的發(fā)射或吸收的光波長-光譜儀感知光的能力使研究人員能夠進行所有工作，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-每個波段對應(yīng)于不同的波長。相機的光電探測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為589和590納米的兩個波段組成。

人眼將590納米波長的光視為淡橘黃色的陰影。較短的波長對應(yīng)于藍(lán)色和紫色，而較長的波長顯示為紅色。陽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較大，并且具有較長的路徑長度，以使光束傳播和分離。

然而，該團隊創(chuàng)建了微型光譜儀，其每側(cè)僅測量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)碼相機的傳感器上。

如此小的尺寸之所以可行，是因為研究人員的設(shè)備基于特殊設(shè)計的材料，這種材料迫使入射光在到達(dá)傳感器之前來回反彈幾次。這些內(nèi)部反射在不增加體積的情況下延長了光傳播的路徑，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截然不同的圖像（分別為數(shù)字5和9），該圖像將這對圖像組合成肉眼無法分辨的東西。

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