来源：phys.org；电子科技大学太赫兹研究中心 四川太赫兹应用研究联合课题组 于贝贝 编译

巴西研究人员设计了一种微型光谱仪，用于集成到无人机、智能手机和其他设备中，以检测化学物质并远程监测温室气体。来源：FAPESP

    傅里叶变换红外（FTIR）光谱仪是最常用的识别和分析化学物质的研究工具之一，但它体积太大而无法用于现场检测化合物。

    已尝试开发微型FTIR光谱仪，用于集成到无人机中以便远程监测温室气体，或集成到智能手机和其他设备中。但是，目前微型化设备的生产成本很高。

    巴西坎皮纳斯大学设备研究实验室（LPD-UNICAMP）的科学家与美国加利福尼亚圣地亚哥大学的同事合作，通过开发基于硅光子学的FTIR光谱仪克服了这些限制，目前的技术为电脑、智能手机和其他电子设备生产芯片。

    这项研究由MárioCésarMendes Machado de Souza领导，并在国外进行项目研习，现已发表在自然通讯（Nature Communications）上，Souza是该文章的第一作者。

    “硅光子为制造价格合理的高性能微型化光谱仪提供了一个平台。”他说。

    据Souza介绍，FTIR光谱仪使用红外光源来识别化学物质的测量吸收。具体过程是样品暴露在不同波长的红外光下，用光谱仪测量吸收的波长。然后计算机获取这些原始的吸收数据并进行被称为“傅里叶变换”的数学过程，以生成吸收率模式或光谱，将其与化学化合物的光谱库进行比较以找到匹配。

    Souza解释说，近几年，项目试图开发基于集成光子学的FTIR光谱仪，该光谱仪尤其在红外光谱中使用光，但由于若干技术挑战，进展非常缓慢。其中一个挑战是硅波导的高色散特性，这意味着每种波长在这种材料中以不同的速度传播，因此具有不同的折射率。

    硅中光波导的折射率可以通过热光效应来“调谐”，该热光效应包括在波导上通过电流以加热它。由于该设备必须在高温下操作以获得高分辨率，因此该技术变得非线性，因为温度的变化与折射率的不成比例的变化相关。

    “实际上，将热光学效应应用于具有集成光子学的硅基红外光谱仪时，会发生的情况是，用于转换所收集的辐射光谱数据的傅立叶变换数学运算会产生完全错误的结果。”Souza解释说。

    研究人员通过创建一种激光校准方法来量化和纠正由硅波导色散和非线性引起的失真，从而克服了这些挑战。作为概念证明，他们开发了一个基于标准硅光子制造程序的1平方毫米FTIR光谱仪芯片。

    据研究人员介绍，这款芯片在实验室进行了测试，生成了分辨率为0.38太赫兹（THz）的宽带光谱，与市面上在相同波长范围内工作的便携式光谱仪的分辨率相当。“我们开发的设备远没有经过优化，但仍能达到与市场上现有的便携式自由空间光学光谱仪相媲美的分辨率。”Souza说。

    研究人员现计划设计一款功能齐全的器件，并与光电探测器、光源和光纤相集成。“我们的目标是将光源和光谱仪的探测器集成到同一个平台上。”Souza说。