中国科学院 3D打印微型光谱仪
一、分光计的波动光学模拟
b .制作的光谱仪的显微镜图像与a的强度分布重叠
c、组装光谱仪阵列
荣誉:安德里亚·图卢兹，约翰尼斯·德罗塞拉，西蒙·蒂尔，哈拉尔德·吉森和阿洛伊斯·赫克默 光谱测量设备的小型化为医学和消费电子产品开辟了新的信息渠道
德国斯图加特大学的科学家开发了一种三维打印微型光谱仪，其体积为100×100×300 μm 3，在可见光范围内的光谱分辨率高达10纳米
这种光谱仪可以直接在相机传感器上制造，平行排列允许快速(“快照”)和低轮廓、高度可定制的高光谱相机
飞秒直接激光写入作为一种三维打印技术，近年来已经成为小型化的关键组成部分之一
自21世纪初以来，它已经改变了复杂的微光学领域
医疗工程和消费电子产品受益于这些发展
现在可以在图像传感器或光纤等几乎任意的基底上创建坚固的、单片的和几乎完全对准的自由光学系统
同时，随着量子点和纳米线技术的发展，光谱测量装置的小型化也在不断发展
这些都是基于计算方法，其缺点是校准敏感，需要复杂的重建算法
在《光:先进制造》杂志上发表的一篇新论文中，由应用光学研究所的阿洛伊斯·赫克莫教授和德国斯图加特大学第四物理研究所的吉森教授领导的科学家团队展示了一种角度不敏感的三维印刷微型光谱仪，它具有直接分离的空间光谱响应
它的体积小于100×100×300μm3
在10纳米ste ps(单色仪，轮廓位置在图1中示出)中，在490纳米至690纳米范围内的照明波长下，在分光计的图像平面处测量的归一化强度轮廓
3b)
强度分布的正弦拟合
每个波长的正弦曲线的中心位置
从c推导出的每微米波长偏移
e .分别用红色或绿色激光进行线宽模拟和测量
测量的半最大值的全宽用一对箭头表示
测量d和e的组合产生9的光谱分辨率
2 1
532纳米和17纳米时为1纳米
8 1
7纳米，波长633纳米
荣誉:安德里亚·图卢兹，约翰尼斯·德罗塞拉，西蒙·蒂尔，哈拉尔德·吉森和阿洛伊斯·赫克默 该设计基于经典光栅光谱仪，通过双光子直接激光写入结合超细喷墨工艺制造
其定制的啁啾高频光栅能够实现强色散行为
微型光谱仪的特点是波长范围在490纳米到690纳米之间
它的光谱分辨率为9
2 1
532纳米和17纳米时为1纳米
8 nm 1
7纳米，波长为633纳米
主要作者安德里亚·图卢兹说:“由于它的体积小于100×100×300 μm 3，我们为直接光谱仪探索了一个全新的尺寸范围
到目前为止，这么小的一个数量级只能通过计算方法来实现
相比之下，我们将光谱直接转换成空间编码的强度信号，该信号可以用商用单色图像传感器读出
" 插图(白色方框)显示了制作的光谱仪的显微镜图像(左)及其光学设计原理(右)
荣誉:安德里亚·图卢兹，约翰尼斯·德罗塞拉，西蒙·蒂尔，哈拉尔德·吉森和阿洛伊斯·赫克默 “对于三维印刷的微光学器件，光学设计的复杂性标志着一项创新
折射、衍射和空间滤波元件从未在如此小的体积中结合以创建复杂的单片测量系统
" “我们的光谱仪可以直接制作在微型图像传感器上，作为远端芯片内窥镜的尖端
这样，人体的某些区域就可以用极高的弯曲半径进行检查，这在“科学家预测”之前是不可能的
“对于高光谱成像来说，这也可能是一种有趣的方法，光谱仪将被用作一个单元(宏像素)
因此，光谱能量的重新分配而不是高损耗法布里-珀罗滤波可以实现高效的高光谱成像传感器
例如，如果这种相机用于精准农业的光谱制图，不断增长的世界人口将从中受益
"
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